A Ayar Labs conseguiu miniaturizar drasticamente e reduzir o consumo de vigor dos tipos de componentes fotônicos de silício usados hoje para impulsionar bits por meio de data centers por meio de cabos de filamento ótica. Leste dispositivo codifica dados em vários comprimentos de vaga de luz de um laser infravermelho e envia a luz através de uma filamento.
O chiplet de Avicena não poderia ser mais dissemelhante: em vez da luz infravermelha do laser, ele usa a luz generalidade de um minúsculo display feito de micro-LEDs azuis. E, em vez de multiplexar todos os dados ópticos para que possam ser transmitidos por uma única filamento, o hardware da Avicena envia os dados em paralelo por caminhos separados em um cabo óptico peculiar.
Ayar tem o peso da história a seu obséquio, oferecendo aos clientes tecnologia semelhante à que eles já utilizam para enviar dados a distâncias maiores. Mas Avicena, o azarão nesta corrida, está se beneficiando dos avanços contínuos na indústria de microdisplays, que deve crescer 80% ao ano e atingir US$ 123 bilhões até 2030, impulsionada por um porvir repleto de equipamentos de veras virtual e até lentes de contato de veras aumentada. .
“Essas empresas são duas pontas do espectro em termos de risco e inovação”, disse Vladimir Kozlov, fundador e CEO da LightCounting, uma empresa de estudo de telecomunicações.
MicroLEDs versus lasers infravermelhos
O chiplet de silício LightBundle da Avicena consiste em uma matriz de micro-LEDs de nitreto de gálio, uma matriz de tamanho igual de fotodetectores e alguns circuitos de E/S para ajudar na informação com o processador que alimenta os dados. Cabos ópticos duplos com um diâmetro de 0,5 milímetros conectam a matriz de micro-LED em um chiplet aos fotodetectores em outro e vice-versa. Esses cabos – semelhantes aos cabos de imagem em alguns endoscópios – contêm um lio de núcleos de filamento que se alinham com as matrizes no chip, dando a cada micro-LED seu próprio caminho de luz.
Além da existência desse tipo de cabo, Avicena precisava de mais duas coisas para se juntar, explica Bardia Pezeshki, CEO da empresa. “A primeira, que acho que foi a mais surpreendente para qualquer um na indústria, é que os LEDs podem operar a 10 gigabits por segundo”, diz ele. “Isso é incrível”, considerando que exclusivamente cinco anos detrás, o estado da arte para sistemas de informação de luz visível estava na mansão das centenas de megahertz. Mas em 2021, os pesquisadores de Avicena revelaram uma versão do micro-LED que eles apelidaram de microemissores ópticos aprimorados por cavidade, ou CROMEs. Os dispositivos são micro LEDs que foram otimizados para velocidade de substituição, minimizando a capacitância e sacrificando alguma eficiência na conversão de elétrons em luz.
O nitreto de gálio normalmente não é integrado em chips de silício para computadores, mas graças aos avanços na indústria de monitores micro-LED, esse é essencialmente um problema resolvido. Na procura por telas de emissão luminoso para AR/VR e muito mais, gigantes da tecnologia porquê Apple, Google e Meta passaram anos encontrando maneiras de transferir LEDs em graduação de mícrons já projetados para pontos precisos em silício e outras superfícies. Agora “está sendo feito aos milhões todos os dias”, diz Pezeshki. A própria Avicena comprou recentemente a fábrica onde desenvolveu o Cromes de sua vizinha do Vale do Silício, Nanosys.
Os fabricantes de computadores vão querer soluções que não exclusivamente ajudem nos próximos dois a três anos, mas também forneçam melhorias confiáveis nas próximas décadas.
O segundo componente foi o fotodetector. O silício não é bom para haurir a luz infravermelha, logo os projetistas de sistemas fotônicos de silício geralmente compensam fazendo fotodetectores e outros componentes relativamente grandes. No entanto, porquê o silício capta prontamente a luz azul, o sistema de Avicena exige que os fotodetectores tenham exclusivamente alguns décimos de mícron de profundidade, permitindo que sejam facilmente integrados ao chiplet aquém da matriz de fibras de imagem. Pezeshki credita David AB Miller, de Stanford, por provar, há mais de uma dez, que os fotodetectores CMOS com detecção de luz azul eram rápidos o suficiente para fazer o trabalho.
A combinação de filamento de imagem, micro-LEDs azuis e fotodetectores de silício resulta em um sistema que está transmitindo “muitos” terabits por segundo em protótipos, diz Pezeshki. Tão importante quanto a taxa de dados é a pequena quantidade de vigor necessária para fazer alguma coisa se movimentar. “Se você olhar para o níveo da fotônica de silício, verá que são alguns picojoules por bit, e são de empresas que estão muito à nossa frente em termos de comercialização”, diz Pezeshki. “Já quebramos esses recordes.” Em uma mostra, o sistema moveu dados em murado de meio picojoule por bit. O primeiro resultado da startup, previsto para 2023, não irá tão longe quanto o processador, mas terá porquê objetivo conectar servidores dentro de um rack de data center. Um chiplet para conexões ópticas chip-a-chip seguirá “logo detrás”, diz Pezeshki.
No entanto, existem limites para a capacidade dos microLEDs de transmitir dados. Porquê a luz do LED é incoerente, ela sofre efeitos de dissipação que a limitam sobre 10 metros. Em contraste, os lasers são naturalmente bons em vedar distâncias; Os chiplets TeraPHY da Ayar têm um alcance de até 2 quilômetros e potencialmente perturbam as arquiteturas de supercomputadores e data centers ainda mais do que a tecnologia da Avicena poderia. Eles poderiam fazer com que os fabricantes de computadores repensassem completamente suas arquiteturas, permitindo-lhes “essencialmente projetar um único chip de computador, mas construí-lo em graduação de rack”, diz Charlie Wuischpard, CEO da Ayar. A empresa está aumentando a produção com seu parceiro Global Foundries e construindo protótipos com parceiros em 2023, embora seja improvável que sejam lançados, diz ele.
Kozlov diz que muitos outros concorrentes surgirão. Os fabricantes de computadores vão querer soluções que “não exclusivamente ajudem nos próximos dois a três anos, mas também proporcionem melhorias confiáveis nas próximas décadas”. Enfim, as interconexões de cobre que estão tentando substituir também estão ficando cada vez melhores.
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