Cientistas da Universidade do Sul da Califórnia (USC) e da Universidade de Wisconsin-Madison (UW-Madison) anunciaram o desenvolvimento de um análogo fotônico de uma célula SRAM. Este flip-flop fotônico, pela primeira vez, pode operar sem atualizações frequentes da célula e sem perda de dados. O flip-flop fotônico resolve dois grandes problemas na indústria de semicondutores: o alto consumo de energia e o aumento da latência na fiação interna do chip à medida que a tecnologia de processo se miniaturiza. Além disso, é rápido.
Fonte da imagem: Joel Hallberg / Universidade de Wisconsin-Madison
Até recentemente, os flip-flops fotônicos exigiam atualizações de dados significativamente mais frequentes, anulando o benefício total da transição para a tecnologia óptica. Enquanto isso, a conservação de energia está na vanguarda de todos os desenvolvimentos futuros em plataformas de computação. Criar um flip-flop sem deriva de estado provou ser um desafio. Mas valeu a pena. Armazenar o estado sem convertê-lo em um sinal elétrico elimina uma parcela significativa do consumo de energia do chip. Além disso, o sinal elétrico percorre uma distância considerável dentro do chip, o que também aumenta o consumo de energia. Fótons percorrendo o mesmo caminho sem fios de cobre serão muito mais eficientes em termos de energia.
As especificações técnicas do protótipo são impressionantes (embora alguns dos dados tenham sido obtidos usando um modelo digital): as velocidades de gravação atingem 20 GHz e as velocidades de leitura simuladas chegam a 50–60 GHz, o que é aproximadamente 20 vezes mais rápido do que os 2–3 GHz típicos de uma célula SRAM no cache de processadores modernos. Fisicamente, o flip-flop utiliza dois microrressonadores acoplados com realimentação positiva, proporcionando estados biestáveis (0 ou 1) sem deriva. O estado é mantido por mais de um segundo em temperaturas ambientes que variam de -10 a +90 °C sem necessidade de atualização.
O mais importante é que o protótipo foi fabricado na GlobalFoundries em um wafer de 300 mm usando a plataforma fotônica padrão Fotonix do fabricante. Isso demonstra que um elemento fotônico já pode ser fabricado e integrado a um processador fotônico — caso um venha a estar disponível. O problema da escalabilidade permanece. Um gatilho fotônico — uma célula SRAM fotônica — possui uma grande área de superfície e não pode ser usado como elemento de cache de processador. Tudo isso é uma questão para o futuro. No entanto, tais gatilhos ópticos já podem ser usados em linhas de comunicação óptica de longa distância, onde os ganhos podem ser obtidos extremamente rápido, apesar do tamanho considerável do dispositivo.