Ingenieros de la Universidad de California, Berkeley ha construido un nuevo interruptor fotónico que puede controlar la dirección de la luz que pasa a través de las fibras ópticas de forma más rápida y eficiente que nunca. Este "policía de tráfico" óptico podría algún día revolucionar la forma en que la información viaja a través de los centros de datos y las supercomputadoras de alto rendimiento que se utilizan para la inteligencia artificial y otras aplicaciones de uso intensivo de datos.

El interruptor fotónico está construido con más de 50, 000 interruptores de luz microscópicos, "cada uno de los cuales dirige uno de los 240 pequeños rayos de luz para que gire a la derecha cuando el interruptor está encendido, o para pasar directamente cuando el interruptor está apagado. La matriz de interruptores de 240 por 240 está grabada en una oblea de silicio y cubre un área solo un poco más grande que un sello postal.

"Por primera vez en un interruptor de silicio, nos acercamos a los grandes interruptores que las personas solo pueden construir utilizando ópticas masivas, "dijo Ming Wu, profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en UC Berkeley y autor principal del artículo, que aparece CUANDO en el diario Optica . "Nuestros interruptores no solo son grandes, pero son 10, 000 veces más rápido, para que podamos cambiar las redes de datos de formas interesantes en las que no mucha gente ha pensado ".

En la actualidad, los únicos interruptores fotónicos que pueden controlar cientos de rayos de luz a la vez están construidos con espejos o lentes que deben girarse físicamente para cambiar la dirección de la luz. Cada turno tarda aproximadamente una décima de segundo en completarse, que es eones en comparación con las tasas de transferencia de datos electrónicos. El nuevo interruptor fotónico está construido utilizando pequeñas estructuras de silicio integradas que pueden encenderse y apagarse en una fracción de microsegundo. acercándose a la velocidad necesaria para su uso en redes de datos de alta velocidad.

Policías de tráfico en la autopista de la información

Centros de datos, donde nuestras fotos, Los videos y documentos guardados en la nube se almacenan:están compuestos por cientos de miles de servidores que constantemente envían información de un lado a otro. Los interruptores eléctricos actúan como policías de tráfico, asegurándose de que la información enviada desde un servidor llegue al servidor de destino y no se pierda en el camino.

Pero a medida que las tasas de transferencia de datos continúan creciendo, estamos llegando al límite de lo que pueden manejar los interruptores eléctricos, Dijo Wu.

"Los interruptores eléctricos generan mucho calor, así que, aunque podríamos meter más transistores en un interruptor, el calor que generan empieza a plantear ciertos límites, ", dijo." La industria espera continuar la tendencia durante quizás dos generaciones más y, después, algo más fundamental tiene que cambiar. Algunas personas piensan que la óptica puede ayudar ".

En cambio, las redes de servidores podrían conectarse mediante fibras ópticas, con interruptores fotónicos que actúan como policías de tráfico, Dijo Wu. Los interruptores fotónicos requieren muy poca energía y no generan calor, por lo que no enfrentan las mismas limitaciones que los interruptores eléctricos. Sin embargo, Los interruptores fotónicos actuales no pueden acomodar tantas conexiones y también están plagados de pérdida de señal, esencialmente "atenuando" la luz cuando pasa a través del interruptor, lo que dificulta la lectura de los datos codificados una vez que llegan a su destino.

En el nuevo interruptor fotónico, Los rayos de luz viajan a través de una serie de canales delgados como nanómetros hasta llegar a estos interruptores de luz individuales, cada uno de los cuales está construido como un paso elevado microscópico de la autopista. Cuando el interruptor está apagado, la luz viaja directamente a través del canal. Aplicar un voltaje enciende el interruptor, bajar una rampa que dirige la luz a un canal más alto, que lo gira 90 grados. Otra rampa vuelve a bajar la luz a un canal perpendicular.

"Es literalmente como una rampa de autopista, "Dijo Wu." Toda la luz se enciende, da un giro de 90 grados y luego vuelve a bajar. Y este es un proceso muy eficiente, más eficiente que lo que todos los demás están haciendo con la fotónica de silicio. Es este mecanismo el que nos permite hacer interruptores de menor pérdida ".

El equipo utiliza una técnica llamada fotolitografía para grabar las estructuras de conmutación en obleas de silicio. Actualmente, los investigadores pueden hacer estructuras en una matriz de 240 por 240, 240 entradas de luz y 240 salidas de luz, con pérdida de luz limitada, lo que lo convierte en el conmutador basado en silicio más grande jamás reportado. Están trabajando para perfeccionar su técnica de fabricación para crear interruptores aún más grandes.

"Los interruptores más grandes que utilizan ópticas a granel están disponibles comercialmente, pero son muy lentos, para que se puedan utilizar en una red que no cambie con demasiada frecuencia, "Dijo Wu." Ahora, las computadoras funcionan muy rápido, así que si quieres estar al día con la velocidad de la computadora, necesita una respuesta de cambio mucho más rápida. Nuestro interruptor es del mismo tamaño, pero mucho mas rapido, por lo que habilitará nuevas funciones en las redes de centros de datos ".