Con nuevos chips optoelectrónicos y una nueva asociación con uno de los principales fabricantes de chips de silicio, Ayar Labs, spin-out del MIT, tiene como objetivo aumentar la velocidad y reducir el consumo de energía en la informática, comenzando con los centros de datos.

Respaldado por años de investigación en el MIT y en otros lugares, Ayar ha desarrollado chips que mueven datos con luz pero computan electrónicamente. El diseño único se integra rápido, comunicaciones ópticas eficientes, con componentes que transmiten datos mediante ondas de luz, en chips informáticos tradicionales, Reemplazo de cables de cobre menos eficientes.

Según la startup, los chips pueden reducir el uso de energía en aproximadamente un 95 por ciento en las comunicaciones de chip a chip y aumentar el ancho de banda diez veces más que sus contrapartes basadas en cobre. En centros de datos masivos, la primera aplicación de destino de Ayar, administrados por gigantes tecnológicos como Facebook y Amazon, los chips podrían reducir el uso total de energía entre un 30 y un 50 por ciento, dice el CEO Alex Wright-Gladstein MBA '15.

"En este momento hay un cuello de botella en el ancho de banda en los grandes centros de datos, "dice Wright-Gladstein, quien cofundó Ayar con Chen Sun Ph.D. '15 y Mark Wade, un graduado de la Universidad de Colorado y ex investigador del MIT. "Es una aplicación interesante y el primer lugar que realmente necesita esta tecnología".

En diciembre, la startup firmó un acuerdo con GlobalFoundries, uno de los principales fabricantes mundiales de chips de silicio, para traer su primer producto, un sistema óptico de entrada-salida llamado Brilliant, al mercado el próximo año.

Los chips también podrían usarse en supercomputadoras, Wright-Gladstein agrega:que tienen problemas de eficiencia y limitaciones de velocidad similares a los de los centros de datos. Por el camino, la tecnología también podría mejorar la óptica en varios campos, desde vehículos autónomos y dispositivos médicos hasta realidad aumentada. "Estamos entusiasmados no solo con lo que esto puede hacer por los centros de datos, pero qué cosas nuevas permitirá esto en el futuro, "Dice Wright-Gladstein.

Viendo la luz

La tecnología central de Ayar, ahora respaldada por más de 25 artículos académicos, lleva una década en desarrollo. La colaboración de investigación comenzó a mediados de la década de 2000 en el MIT como parte del proyecto de microprocesadores integrados optimizados fotónicamente (POEM) de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa, dirigido por Vladimir Stojanovic, ahora profesor asociado de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en la Universidad de California en Berkeley, en colaboración con Rajeev Ram, profesor de ingeniería eléctrica del MIT e investigador principal del grupo de Óptica Física y Electrónica, y Milos Popovic, ahora es profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Boston.

La idea era ayudar a que la transmisión de datos se mantuviera al día con la Ley de Moore. La cantidad de transistores en un chip puede duplicarse cada dos años, Wright-Gladstein dice:"pero la cantidad de datos que enviamos a través de esos pines de cobre no ha crecido al mismo ritmo".

Los chips de computadora envían datos entre chips con diferentes funciones, como chips lógicos y chips de memoria. Con comunicaciones basadas en cobre, sin embargo, los chips no pueden enviar y recibir suficientes datos para aprovechar su creciente poder de procesamiento. Eso ha provocado un "cuello de botella, "donde los chips deben esperar mucho tiempo para enviar y recibir datos. Más de la mitad del tiempo en los centros de datos, por ejemplo, los circuitos están esperando que los datos vayan y vengan, Dice Wright-Gladstein. "Es un gran desperdicio, ", dice." Están usando casi tanta energía en ralentí como cuando están trabajando ".

Una solución es la luz. Un cable óptico puede transmitir múltiples señales de datos en diferentes longitudes de onda de luz, mientras que los cables de cobre están limitados a una señal por cable. Los chips ópticos pueden, por lo tanto, Transmita más información utilizando mucho menos espacio. Es más, la fotónica produce muy poco calor residual. Los datos que pasan a través de cables de cobre generan grandes cantidades de calor residual, lo que perjudica la eficiencia en chips individuales. Este es un problema en los centros de datos, donde los cables de cobre corren dentro y entre servidores.

En el momento en que los grupos de investigación de Ram, Stojanovic, y Popovic estaban trabajando en el proyecto POEM, grandes empresas como Intel e IBM estaban tratando de diseñar chips ópticos escalables. La colaboración, que luego incluía a Sun y Wade, adoptó un enfoque diferente:integraron componentes ópticos en chips de silicio, que se fabrican utilizando el proceso de fabricación de semiconductores CMOS tradicional que produce chips por centavos. "Esa fue una idea radical en ese momento, "Dice Wright-Gladstein." CMOS no se presta bien a la óptica, por lo que los veteranos de la industria asumieron que tendría que hacer cambios importantes para que funcione ".

Para evitar realizar cambios en el proceso CMOS, los investigadores se centraron en una nueva clase de componentes ópticos miniaturizados, incluyendo fotodetectores, moduladores de luz, guías de ondas, y filtros ópticos que codifican datos en diferentes longitudes de onda de luz, y luego transmitirlo y decodificarlo. Básicamente, "piratearon" el método tradicional para el diseño de chips de silicio, el uso de capas destinadas a la electrónica para construir dispositivos ópticos, y permitir que los diseños de chips incluyan ópticas más ajustadas que nunca dentro de la estructura de un chip.

En 2015, los investigadores, junto con el equipo de Krste Asanovic en UC Berkeley hicieron el primer procesador para comunicarse usando luz y publicaron los resultados en Naturaleza . Las patatas fritas fabricado en una instalación de fabricación de GlobalFoundries, contenía 850 componentes ópticos y 70 millones de transistores, y se desempeñó tan bien como los chips tradicionales fabricados en la misma instalación.

Zambulléndose

Entre bastidores, Wright-Gladstein ya estaba pensando en la comercialización. El año anterior a la publicación, se había matriculado en la MIT Sloan School of Management, específicamente para conocer a los investigadores que se ocupan de las energías limpias. Tomando 15.366 (Energy Ventures), que se centra en la comercialización de tecnologías limpias del MIT, fue elegida para seleccionar las tecnologías que se llevarían al aula. "Esa fue la excusa perfecta para conocer a todos los investigadores que realizan investigaciones relacionadas con la energía, "Dice Wright-Gladstein.

Desde el vasto grupo de 300 laboratorios, se encontró con los chips optoelectrónicos de Ram, que "me dejaron boquiabierto, ", dice. La industria de la energía se centró en las innovaciones de equipos para ahorrar energía en los centros de datos". Pero no se hizo mucho hincapié en reducir la energía a través de la informática en sí, "Dice Wright-Gladstein." Parecía una gran manera de causar un impacto ".

Wright-Gladstein formó un equipo en clase para crear un plan de negocios y una presentación. También colaboró ​​frecuentemente con Sun y Wade al hablar con clientes potenciales de la industria. Cuando llegó el Premio de Energía Limpia del MIT, los tres estudiantes ingresaron a la tecnología con el nombre, OptiBit, y ganó los dos grandes premios por $ 275, 000, solidificando su decisión de lanzar una startup.

"Tener fondos desde el principio para pagarnos los bajos salarios y tener un pequeño colchón antes de recaudar fondos de capital de riesgo realmente nos convenció a todos de dar el paso, "Dice Wright-Gladstein.

Establecimiento de una tienda en San Francisco, la puesta en marcha continuó la investigación y el desarrollo, aumentando las velocidades de datos de comunicación de la tecnología. El año pasado, GlobalFoundries se interesó en estas constantes innovaciones y se asoció con la startup, que incluía algunos fondos no revelados. Este año, Los primeros prototipos de Ayar deberían llegar a los centros de datos de EE. UU., con un lanzamiento comercial planificado para 2019.

Resolver el problema de entrada-salida del chip es solo el comienzo. Ayar también está entusiasmado con lo que significa su nueva tecnología para el campo de la óptica, Dice Wright-Gladstein. Sensores ópticos, por ejemplo, se utilizan en vehículos autónomos o semiautónomos y en equipos médicos costosos. Reducir los costos de fabricación, mientras aumenta la potencia de cálculo, de chips optoelectrónicos podría hacer que esas tecnologías sean mucho menos costosas y más accesibles.

"Estamos empezando a resolver este problema de cuello de botella en los chips de silicio tradicionales, pero, en última instancia, estamos entusiasmados con los diferentes lugares a los que llegará esta tecnología, ", Dice Wright-Gladstein." Esto va a cambiar la disponibilidad de la óptica, y cómo el mundo puede usar la óptica, en formas más allá de lo que podemos predecir en este momento ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.