Crean chip de computadora que procesa información como luz y la almacena como sonido

Diagrama estilizado del chip de computadora (Universidad de Sídney).

Los transistores electrónicos son la base de nuestra tecnología computacional actual y aunque han permitido que una laptop promedio hoy tenga 12 GB de memoria, cuando la PC más avanzada en 1970 apenas tenía 1 KB, su proceso es ineficiente. Convertir la información en pulsos eléctricos para así transmitirla, decodificarla y almacenarla no solo conlleva al uso ineficiente de la energía envuelta en el proceso y el consecuente calentamiento de los materiales implicados, por la resistencia de los mismos al tránsito de los electrones. Ceñirnos a transmitir información mediante el movimiento de los electrones limita la velocidad de la transmisión en la medida en que las máximas velocidades alcanzables por estas partículas son apenas una fracción de la de la luz (300.000 km por segundo).

Por ello, la transmisión de datos a través de la luz es la próxima gran tecnología computacional en ser desarrollada y puesta al servicio de la humanidad, con una apuesta por un consumo más eficiente de la tecnología con velocidades hasta 20 veces más altas de intercambio. Con ello en mente, y desde el año pasado, HP viene desarrollando The Machine, un supercomputador con cerca de 8TB de memoria (8.000GB de RAM si se quiere) y con capacidad de almacenamiento hasta 30 veces superior a la de servidores convencionales. A diferencia del cómputo tradicional, The Machine emplearía “memristors”, chips capaces de almacenar data solo con impulsos luminosos en su superficie. No obstante, a la fecha, no existe la tecnología suficiente para desarrollar estos “memristors”, por lo que los procesos fotovoltaicos de The Machine se han venido ejecutando a través de grandes clústeres de tarjetas de memoria DRAM convencionales.

No obstante, ello podría cambiar en un futuro cercano. Un método desarrollado por la Universidad de Sídney (Australia) ha logrado por primera vez almacenar información a partir de luz en forma de ondas sonoras en un chip de computadora, algo así como capturar relámpagos en forma de truenos. Y con ello, acelerar la computación.

Codificar la información en fotones es un proceso que ya actualmente realizamos cuando enviamos información a través de fibra óptica, pero para procesarla no existen chips lo suficientemente rápidos, de ahí que los fotones, en este proceso, deban ser convertidos en electrones lentos.

¿Pero qué pasaría si esta luz pudiera ser convertida en sonido? Aunque el sonido no alcanza las velocidades de la luz, sin duda constituye una alternativa más rápida de transmisión y procesamiento en comparación con la movilización de electrones.

"La información en nuestro chip en forma acústica viaja a una velocidad cinco órdenes de magnitud más lenta que en el dominio óptico", señala ​​Birgit Stiller, supervisora del trabajo publicado por Nature Communications. "Es como la diferencia entre el trueno y el relámpago". Ello convertiría el proceso fotónico a una escala procesable por transistores actuales.

"Para que las computadoras basadas en la luz se conviertan en una realidad comercial, los datos fotónicos en el chip necesitan ser ralentizados para que puedan ser procesados, enrutados, almacenados y accedidos", dijo Moritz Merklein, uno de los miembros del equipo de investigación.

El equipo hizo esto desarrollando un sistema de memoria que transfiere con precisión entre la luz y las ondas de sonido en un microchip fotónico -el tipo de chip que se utilizará en computadoras basadas en la luz.

El proceso es como sigue (de acuerdo con el video líneas arriba): la información en forma de fotones entra en el chip como un pulso de luz (amarillo), donde interactúa con un pulso de escritura de datos (azul). El choque produce una onda acústica en que se almacenan los datos. Otro pulso de luz, llamado pulso de lectura (azul) es entonces generado para leer estos datos de sonido y transmitirlos nuevamente como luz (pulso amarillo).

Mientras que la luz sin impedimentos pasará a través del chip en 2 a 3 nanosegundos, una vez almacenada como una onda sonora, la información puede permanecer en el chip hasta 10 nanosegundos, el tiempo suficiente para que sea recuperado y procesado.

Y, a diferencia de los intentos anteriores, el sistema funcionó a través de un amplio ancho de banda, gracias a contar con un buffer acústico dentro de un chip. "Nuestro sistema no se limita a un solo ancho de banda estrecho, por lo que a diferencia de sistemas anteriores, esto nos permite almacenar y recuperar información en múltiples longitudes de onda simultáneamente, aumentando enormemente la eficiencia del dispositivo", agregó Stiller.

Hans Huerto

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