Fotones para mayor velocidad

¿Qué obstáculo podrá ralentizar la alocada carrera de los fabricantes de microchips en pos de mayores prestaciones? Aunque se mencionan a menudo, el hecho es que los límites en la miniaturización de las máscaras en los chips de silicio no dejan de aumentar. Sin embargo, otra dificultad puede surgir. 'Hoy, los plazos para el tratamiento y la transmisión de datos en un microprocesador ya son del mismo orden de magnitud', indica Frédéric Gaffiot, investigador francés.

El punto crítico fue alcanzado por los chips de un gigahercio (GHz), anunciados ya en 1998 y comercializados en 2000. En adelante, los chips alcanzarán una velocidad de cálculo tal que correrán el riesgo de carecer de materia prima al encontrarse regularmente en paro técnico, como una fábrica privada de aprovisionamiento. Así, la logística de los datos se puede convertir en el principal elemento de asfixia del sistema que puede echar por tierra el incremento en prestaciones en los chips hasta alcanzar los 10 GHz en los próximos años.

De ahí la importancia estratégica de las investigaciones actuales para la sustitución de la corriente eléctrica por la luz como vehículo para transmitir los datos en los circuitos integrados. Las implicaciones de esta modificación son múltiples. Además de los problemas técnicos por resolver, el paso de la electrónica pura a la optoelectrónica cuestiona los procesos de fabricación de los chips e implica importantes inversiones adicionales.

Velocidad de transmisión

'No se trata de un problema de velocidad de transmisión', explica Gaffiot al precisar las motivaciones para recurrir a la luz. 'En cambio, el paso de la corriente eléctrica en unas pistas cada vez más cercanas entre sí engendra perturbaciones en la señal que pueden provocar errores'. Al contrario que los electrones, los fotones son insensibles a este tipo de influencia. Además, su desplazamiento presenta la ventaja de no producir el efecto Joule, es decir, calor. Por último, la introducción de conexiones ópticas permitiría simplificar el diseño de los microprocesadores 'mediante la reducción del número de capas de metalización'.

Todas estas ventajas confortan a los investigadores en el interés de crear un microprocesador optoelectrónico en el que los fotones y electrones trabajen en armonía. Los primeros se encargarán de transportar las informaciones y los segundos de su tratamiento, una operación todavía difícil de concebir mediante la vía puramentemente óptica. En esta configuración híbrida, la fuente luminosa podría ser exterior al chip.

Pero esto llevaría a integrar un microláser y a conectarlo a los componentes de silicio. Los fabricantes ven con malos ojos esta unión delicada y costosa. De ahí, los trabajos dirigidos a integrar la fuente de luz en el propio componente.

'Hemos ideado unas microcavidades capaces de atrapar a los fotones y, de este modo, crear unas microfuentes de luz', explica Pierre Viktorovitch, director de investigación del CNRS francés. El material puesto a punto, una estructura cristalina artificial (cristal fotónico) se presenta bajo la forma de una membrana de 0,25 micras de espesor en arseniuro de galio y de indio atravesada por una red de agujeros inferiores a una micra. Son estos últimos los que permiten 'confinar, guiar y seleccionar la dirección y longitud de onda de los fotones', precisa el investigador, y así realizar unas microfuentes de luz (de 1,5 micras de longitud de onda) así como unas guías que 'tomen unas curvas muy cerradas que pueden alcanzar los 60 grados'. Así se dispone de un verdadero 'sistema de conexiones fotónico' cuyo tamaño está hecho a escala de los chips actuales.

El desarrollo de los componentes híbridos y su industrialización están siendo sometidos a la decisión de los fabricantes de chips, Intel, AMD, Via o ST Microelectronics. 'Hablamos con ellos desde hace dos años', señala Gaffiot. 'Pero siguen mostrándose reticentes y debemos seguir intentando convencerles'.