Nueva era de la “fotónica más allá del silicio”

PLATON logra emplear la plasmónica en la nueva generación de aplicaciones de enrutamiento

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PLATON combinó plasmónica y fotónica de silicio sobre una plataforma de silicio sobre aislante (SOI) para lograr una computación más rápida y eficiente energéticamente.

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La revolución de los grandes datos puede no ser patente para el gran público pero no cabe duda de que está aquí para quedarse. En 2009 se generaron cerca de 0,79 zettabytes de datos (un billón de gigabytes) a nivel mundial. El desarrollo continuo de la computación en la nube, el aumento de la cantidad de dispositivos conectados y la llegada de la Internet de los Objetos hará que esta cifra alcance 73,5 zettabytes para 2020, un crecimiento del 4 300 %.

Un aspecto que no está cambiando demasiado es la forma en la que se almacenan y transfieren estos datos, lo cual es un problema en ciernes. Las interconexiones eléctricas limitadas por el ancho de banda han llegado a su límite y los 10 petaflops de potencia de computación se han alcanzado a expensas de un consumo energético excesivo. La comunidad científica coincide en que la sustitución de las interconexiones eléctricas por otras ópticas es la opción ideal, pero los dispositivos fotónicos presentan sus propias limitaciones. Un ejemplo es la incapacidad de reducir su tamaño a la escala de los sistemas electrónicos equivalentes.

Se trata de la primera combinación de fotónica y plasmónica y permite lograr reducciones adicionales en el tamaño de los circuitos

El proyecto PLATON, finalizado este marzo, logró superar todos estos escollos en la demostración de una plataforma nueva de silicio sobre aislante (SOI) con componentes nanofotónicos, plasmónicos y microelectrónicos integrados. Se trata de la primera combinación de fotónica y plasmónica y permite lograr reducciones adicionales en el tamaño de los circuitos, alcanzar enrutamientos ópticos del orden de los terabits por segundo y aumentar la eficiencia energética.

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Plasmónica activa para conmutación de datos

Hace dos años, los investigadores de PLATON llamaron la atención de la prensa especializada gracias a la demostración del uso de plasmónica activa en una aplicación de conmutación de datos multiplexada por división de la longitud de onda (WDM). Desarrollaron los conmutadores DLSPP (de polaritones de plasmones superficiales con carga dieléctrica) más pequeños fabricados hasta la fecha, capaces de enrutar datos en tiempo real en interconexiones ópticas de servidores blade y en tarjetas madre posteriores con una huella mínima, un consumo energético enormemente reducido y una latencia despreciable gracias a un material nuevo denominado Cyclomer.

«Es la primera vez que se emplea plasmónica en aplicaciones de conmutación WDM», declaró entonces a LaserFocusWorld Nikos Pleros, profesor de la Universidad Aristóteles de Salónica y coordinador del proyecto PLATON. «En combinación con su huella mínima, estos dispositivos abren la puerta a una nueva era de la “fotónica más allá del silicio” en la fotónica integrada, en la que los diseñadores de circuitos pueden elegir sin trabas la solución ideal que optimice el rendimiento de los circuitos integrados con señales eléctricas y ópticas. El progreso constante en la tecnología plasmónica podría dar lugar a los sistemas de red en chip de bajo consumo, ultrapequeños y de banda ancha necesarios en los entornos de computación».

Estos conmutadores WDM se han usado ya como componentes en SOI compatibles con semiconductores complementarios de óxido de metal (CMOS) fabricados por AMO, uno de los socios del proyecto. Estos, además, cuentan con una cavidad que funciona como interfaz para la integración de dispositivos plasmónicos y dos estructuras 8×1 MUX/DEMUX que generan un rendimiento sin precedentes del 40 % en cuanto a la relación entre el ancho de banda y la densidad de canales.

Los resultados de PLATON combinan las capacidades de conmutación en tamaño pequeño y el bajo consumo de la plasmónica con las pérdidas reducidas del silicio y la capacidad de procesamiento de la electrónica para proporcionar enrutadores de interconexión fotónicos en el orden de los terabytes miniaturizados y eficientes energéticamente que den lugar a sistemas de comunicación de rendimiento ultra elevado.

El proyecto estuvo en marcha desde enero de 2010 hasta marzo de 2015 y su coordinación corrió a cargo del Centro de Investigación y Tecnología Hellas (CERTH, Grecia). En él participaron el Instituto Fraunhofer de Berlín (Alemania), la Universidad del Sur de Dinamarca, la Universidad de Borgoña (Francia), el Instituto de Comunicación y Sistemas Informáticos (Grecia) y AMO GmbH de Aquisgrán (Alemania).

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