Chip que combina eletrônica com fotônica vai acelerar internet

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/07/2020

O novo chip altamente compacto reuniu pela primeira em um único invólucro os elementos eletrônicos e os mais rápidos fotônicos.
[Imagem: Ueli Koch et al. - 10.1038/s41928-020-0417-9]

Terabits

Engenheiros suíços conseguiram realizar o que a academia e a indústria vêm tentando há cerca de 20 anos - integrar novas tecnologias emergentes que permitem acelerar a transmissão de dados em redes de fibra óptica.

O resultados é um chip ultrarrápido que combina várias inovações que vêm sendo desenvolvidas ao longo dos últimos anos e, dada a crescente demanda por serviços on-line e de streaming, representa um desenvolvimento significativo e de uso imediato.

Ueli Koch e seus colegas do Instituto Federal de Tecnologia (ETH) de Zurique fabricaram um chip no qual sinais eletrônicos podem ser convertidos diretamente em sinais de luz ultrarrápidos - praticamente sem perda da qualidade do sinal.

Isto representa um avanço significativo em termos de eficiência das infraestruturas de comunicação óptica que usam luz para transmitir dados, como as redes de fibra óptica. As redes ópticas de hoje atingem taxas de transmissão de dados na região dos gigabits (10⁹ bits por segundo). O crescimento da demanda, no entanto, já aponta para a necessidade de taxas de transmissão na região dos terabits (10¹² bits por segundo).

Integrar componentes eletrônicos e fotônicos no mesmo chip é um passo gigantesco em termos técnicos porque até agora esses componentes precisavam ser fabricados em chips separados e então interconectados, o que coloca grandes gargalos que reduzem a velocidade e aumentam o consumo de energia, além de ser mais caro.

"Se você converte os sinais eletrônicos em sinais de luz usando chips separados, você perderá uma quantidade significativa de qualidade do sinal. Isso também limita a velocidade de transmissão de dados usando luz," disse Koch.

Esquema do chip plasmônico - a plasmônica usa ondas de elétrons que a luz gera ao incidir sobre materiais metálicos.
[Imagem: Ueli Koch et al. - 10.1038/s41928-020-0417-9]

Integração entre eletrônica e fotônica

A integração foi obtida colocando os componentes eletrônicos e fotônicos firmemente uns sobre os outros, como duas camadas, e conectando-os diretamente por vias dentro do chip. Essa estratificação dos componentes eletrônicos e fotônicos reduz os caminhos de transmissão e reduz as perdas em termos de qualidade do sinal.

Como a eletrônica e a fotônica são implementadas em um único substrato, os pesquisadores descrevem essa abordagem como "co-integração monolítica", o que foi possível graças à plasmônica, que permite eliminar a diferença de tamanho entre os componentes eletrônicos e os componentes fotônicos - estes últimos são maiores por causa do comprimento de onda da luz, na faixa de centenas de nanômetros, enquanto os transistores têm cerca de 10 nanômetros.

Em um processo conhecido como "multiplexação 4:1", quatro sinais de entrada de velocidade mais baixa são agrupados e amplificados para que, juntos, formem um único sinal elétrico de alta velocidade. "Este sinal é então convertido em um sinal óptico de alta velocidade," explicou Koch. "Dessa forma, conseguimos transmitir dados em um chip monolítico a uma velocidade de mais de 100 gigabits por segundo pela primeira vez".

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