El mundo de la informática podría cambiar rápidamente en los próximos años gracias a un tipo de tecnología que sustituye los cables de metal entre componentes por enlaces de fibra óptica más rápidos y más eficientes.

"Todas las comunicaciones a larga distancia se producen gracias al uso del láser, aunque nunca lo hemos usado dentro de los dispositivos", afirma Mario Paniccia, director del laboratorio de fotónica de Intel en Santa Clara, California. "El nuevo enlace de fibra óptica integrado hace que esto sea posible".

El equipo de Paniccia ha perfeccionado unos diminutos chips de silicio capaces de codificar y descodificar señales láser enviadas a través de fibra óptica. Hoy día, cuando los datos llegan a un ordenador a través de una conexión de fibra óptica, esa señal tiene que ser trasladada desde un dispositivo fotónico independiente a un circuito electrónico. Este nuevo sistema promete acelerar las cosas, puesto que todo funciona sobre silicio.

La semana pasada, el equipo de Paniccia hizo una demostración del primer sistema completo de comunicaciones fotónicas fabricado con componentes completamente integrados en chips de silicio. Los datos electrónicos que llegan al chip se convierten en luz láser que viaja por una fibra óptica y se convierte de nuevo en señales eléctricas unas fracciones de segundo más tarde. El sistema es capaz de transmitir datos a una velocidad de 50 gigabytes por segundo, algo suficiente como para transferir una película de larga duración en HD en menos de un segundo.

Los chips fotónicos de silicio podrían reemplazar las conexiones eléctricas entre los componentes clave de un ordenador, tales como sus procesadores y la memoria. El cableado de cobre utilizado hoy día puede transportar señales de datos a poco más de 10 gigabytes por segundo. Eso significa que los componentes de importancia crítica, tales como la unidad central de procesamiento y la memoria en un servidor, no pueden estar demasiado separados, lo que restringe la forma en que los ordenadores se deben construir.

La nueva configuración de Intel tiene cuatro láseres incorporados en su chip transmisor que hacen brillar los datos en una única fibra óptica a longitudes de onda ligeramente diferentes, o "colores". Unos chips con aún más láseres deberían permitir comunicaciones a 1.000 gigabytes por segundo.

"Tener un chip del tamaño de una uña y que pueda producir un terabit por segundo cambia la forma en que pensamos acerca del diseño", afirma Paniccia. Este tipo de chips podrían suponer una gran diferencia dentro de los extensos centros de datos operados a un alto coste por gigantes de internet como Google, Microsoft y Facebook. "Los centros de datos hoy día son grandes montones de cobre—algo que impone una serie de límites a la hora de organizar los componentes dentro de un servidor", señala Paniccia.

"Si tan sólo pudiera mover la memoria a un pie de distancia de los procesadores, podría agregar una placa de memoria para una sola CPU," asegura Paniccia, cuyo equipo está experimentando con unos servidores prototipo para encontrar la forma de construirlos con enlaces de fotónica.

Mover la memoria de un servidor lejos de la CPU también facilitaría la ventilación. Puesto que aproximadamente la mitad del coste de funcionamiento de un centro de datos, utilizado para operaciones que van desde servicios como Facebook a registros bancarios, viene dado por el enfriamiento, todo esto podría tener un impacto significativo.

Otros ahorros podrían venir dados por el hecho de que los enlaces ópticos requieren menos energía para funcionar, afirma Keren Bergman, que lidera un grupo de investigación sobre fotónica de silicio en la Universidad de Columbia. "Con los cables eléctricos, cuanto más tiempo pase, más energía se gasta de forma exponencial", afirma. La fibra óptica permite que un tipo de señales de baja potencia viajen más lejos y más rápido. El grupo de Bergman ha utilizado datos sobre el rendimiento de los ordenadores en Lawrence Berkeley y en el Laboratorio Lincoln del MIT para simular el modo de funcionamiento de los sistemas de interconexiones ópticas. "Podemos ganar una orden de magnitud en cuanto a eficiencia energética", afirma, y añade que las mayores ganancias se han observado en aplicaciones tales como el procesamiento de imágenes de alto ancho de banda y la transmisión de vídeo.

Los centros de datos no son lo único que podría ver su interior iluminado con rayos láser. "Hemos desarrollado esta tecnología para que sea de bajo coste y podamos llevarla a todas partes, no sólo al campo de la informática de alto rendimiento o los centros de datos", señala Paniccia. Los componentes del sistema de Intel, incluyendo el láser, se fabrican con los mismos métodos de escultura de silicio utilizados para construir chips de ordenador en grandes cantidades. "Estoy redactando la ley de Moore", explica Paniccia. "Hemos unidos los beneficios del uso de la luz con el bajo coste, alto volumen y escalabilidad del silicio". En los ordenadores de consumo como los ordenadores portátiles, esto permitiría instalar innovaciones de diseño industrial. Podría colocar la memoria en la pantalla, y cambiar el diseño de todo el equipo".

También se podría facilitar el intercambio de nuevos componentes sin tener que abrir una máquina. Por otro lado, permitiría que los componentes centrales se instalasen en los periféricos. La memoria adicional podría, por ejemplo, ocultarse en un ordenador portátil o en el muelle de carga de un teléfono inteligente para aumentar la potencia de computación del dispositivo portátil que estuviera conectado.

Aprovechar plenamente los beneficios de la era óptica, sin embargo, supondrá una serie de cambios en los componentes que se interconecten. "No sólo se trata de quitar los cables eléctricos y sustituirlos por fibra óptica", afirma Bergman.

Ajay Joshi, profesor asistente en la Universidad de Boston, y que también está explorando opciones de diseño de equipos de alto rendimiento con interconexiones ópticas, está de acuerdo. "Si aumentamos la velocidad del canal entre los procesadores lógicos y la memoria, tenemos que replantearnos la forma en que diseñamos la memoria".

La diferencia de velocidad entre los procesadores y los enlaces ópticos es más pequeña, aunque en última instancia, eso también es probable que cambie. "También sería bueno tener procesadores que funcionasen ópticamente en lugar de por vía electrónica", afirma Joshi.