Computação fotônica: MIT cria diodos de luz que viabilizam microprocessadores óticos

Comercialmente, os LEDs têm perdido parte de seu prestígio para OLEDs, AMOLEDs, Super AMOLEDS, qHDs e sabe-se lá quais mais virão. Entretanto, LEDs são o principal dos pilares da tecnologia de consumo. Com uma longa história de pesquisa e desenvolvimento, todas essas novas tecnologias não seriam possíveis por meio de meros blinkenlights. O LED sempre reinou como um benevolente padrinho para todas elas.

Acontece que a ciência felizmente só anda para frente e para provar isso, não só um time de primeira do MIT criou diodos de luz que tornam chips fotônicos de silício possíveis, como toda a pesquisa foi coordenada por uma cientista de altíssimo calibre.

Além do fato de ser lindo contemplar um trabalho tão inovador a ser desenvolvido por uma mulher, em um ecosistema acadêmico sumariamente dominado por nós, rapazes, a descoberta tem um valor extremamente significativo para a indústria de consumo e certamente mudará seu panorama em um curto espaço de tempo.

A técnica utilizada na fabricação é a mesma empregada na manufatura de microprocessadores padrão. A grande sacada do projeto foi converter os condutores (pathways) para o formato fotônico, em invés do eletrônico, em processadores de computador e placas de circuito integrado.

Em eletrônica, um diodo é uma espécie de portal por onde passam elétrons em uma direção específica. No caso dos LEDs, além disso, eles também emitem luz durante essa passagem.

No caso deste projeto liderado pela Prof. Caroline Ross, do MIT, os novos diodos foram feitos a partir de uma fina camada de granada, um mineral da família dos nesosilicatos que tem sido utilizado desde a Idade do Bronze como abrasivo e também como pedra preciosa.

A granada (garnet) oferecia uma vantagem especial para a empreitada de pesquisa da professora. Ela é transparente em uma direção e opaca em outra quanto à sua característica basal de refração da luz. Ela é utilizada em sua forma endurecida como depósito no wafer de silício durante o processo de fabricação do microprocessador. Mas foi exatamente aí que os engenheiros descobriram o pulo do gato.

Basicamente, com as mesmas ferramentas e procedimentos para a construção de microprocessadores que já existe, é possível criar um circuito de silício cujas inter-conexões sejam ópticas ao invés de eletrônicas. Fótons movem-se extremamente mais rápido que eléctrons em meta-materiais transparentes — tal qual a granada, por exemplo. Mas não foi meramente um golpe de sorte dos engenheiros escolhe-la para o trabalho.

No último dia 13, a professora Caroline Ross publicou um texto sobre um profundo trabalho de pesquisa nessa direção, na qual o dispositivo em questão, análogo ao diodo eletrônico, permite a corrente elétrica fluir em uma direção, porém a bloqueia em outra, criando uma via única para a luz ao invés da eletricidade como produto final da condução.

Adicionalmente, condutores ópticos podem carregar uma quantidade substancialmente maior do que os seus pares electrônicos. Segundo a professora e sua turma, as centenas de cabos e condutores de cobre que conectam memória, placas e circuitos em um CPU, ao serem substuídas com chips fotônicos à base de diodos de luz, podem levar placas-mãe a terem não mais do que apenas 10 ou 20 canais.

Em muitos dos sistemas de comunicação de hoje, os dados viajam através de feixes de luz transmitidos através de fibras óticas. Uma vez que o sinal óptico chega ao seu destino, é convertido em sua forma eletrônica e processado através de circuitos que o convertem novamente em luz por meio de um laser. O novo dispositivo proposto pela pesquisa da Dra. Carol Ross elimina esses passos de conversão, permitindo que o sinal de luz seja processado diretamente, sem intermediações.

Para chegar a tal ponto, ela e toda a sua equipe quebraram a cabeça para encontrar um material que fosse ao mesmo tempo transparente e magnético, algo próximo de um elefante branco e que demonstra condições que raramente ocorrem entre os minerais.

A granada é bastante desejável nessa condição, uma vez que possui um índice de refração (a dobradura da luz a medida que ela entra em um material) bastante particular, reflectindo a luz em uma direção ao invés de outra, dependendo de para onde se aponte o feixe de luz.

Em resumo, o trabalho de Ross torna finalmente possível a fabricação de processadores 100% ópticos. E o melhor: utilizando o mesmo maquinário e metodologias atuais.

Em um futuro bem próximo, processadores ópticos devem ser utilizados para redes, primariamente em backbones e roteadores. Especialmente pelo fato de serem monstros famintos que consomem grandes quantidades de energia, em decorrência de seu tamanho e da formatação atual de seus hardwares.

Com sorte, não muito depois, essas belezinhas podem começar a circular entre nós, meros consumidores mortais, em nossas casas e escritórios, oferecendo-nos redes de no mínimo 100 Gbps, tão logo esses novos diodos de luz do MIT podem ser compactados em um tamanho capaz de ser digerido pela indústria hoje.

Atualmente eles tem o tamanho de 400 nm (nanômetros), mais ou menos 20 vezes o tamanho de um transistor comum. Muito embora os pesquisadores assegurem que a evolução do escalonamento deva ocorrer rapidamente.

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