É hora de ir além do transporte de dados por luz e começar a fazer computação com luz

Com informações do AIP - 01/10/2019

Esta imagem mostra a evolução e os gargalos dos circuitos eletrônicos integrados para computação digital, computação em nuvem versus neblina e uso de dispositivos Paxel.
[Imagem: Ken-ichi Kitayama]

Acelerador fotônico

Um grupo de pesquisadores japoneses está defendendo que já é possível começar a implementar um novo tipo de processador, baseado em luz, em vez de eletricidade.

Trata-se de um dispositivo computacional que pode potencialmente ignorar a Lei de Moore e aumentar a velocidade e a eficiência da computação.

O Paxel - uma contração do termo em inglês para "acelerador fotônico" - foi projetado para ser colocado como um intermediário de acesso (front-end) para um computador digital comum, otimizado para executar funções específicas, mas com menos consumo de energia do que o necessário para dispositivos totalmente eletrônicos.

A busca por superar as dificuldades de aumentar a velocidade dos processadores à base de silício mostrou que é possível superar parcialmente o problema da Lei de Moore usando processamento paralelo, no qual vários processadores executam cálculos simultâneos. Essa abordagem, no entanto, não funciona para todos os aplicativos.

Ken-ichi Kitayama e seus colegas de seis universidades e institutos de pesquisa do Japão analisaram outra técnica para usar a luz na etapa de transporte dos dados no interior dos circuitos integrados, uma vez que os fótons não estão sujeitos à Lei de Moore.

Isso não é apenas teórico, uma vez que, em vez de circuitos eletrônicos integrados, muitos desenvolvimentos já se utilizam há algum tempo dos circuitos fotônicos integrados, também conhecidos como PICs (Photonic Integrated Circuits).

O acelerador Paxel adota essa abordagem e usa componentes fotônicos em nanoescala - PICs muito pequenos -, que apresentam baixíssimo consumo de energia.

A arquitetura atual não oferece cenários para as necessidades de computação no futuro próximo.
[Imagem: Kitayama et al. - 10.1063/1.5108912]

Processamento analógico com luz

Circuitos nanofotônicos operam na velocidade da luz e podem realizar cálculos de maneira analógica, com os dados mapeados nos níveis de intensidade da luz. Assim, multiplicações ou somas podem ser realizados variando a intensidade da luz.

Os pesquisadores afirmam ser possível construir diferentes arquiteturas do Paxel para uma variedade de usos, incluindo redes neurais artificiais, computação de reservatório, lógica de passagem, tomada de decisão e sensoriamento comprimido.

Uma aplicação particularmente interessante do Paxel está na chamada computação em neblina - é como a computação em nuvem, mas usa recursos computacionais (servidores) próximos ao local onde o evento de origem ocorre.

Um Paxel compacto conectado a um tablet ou outro dispositivo portátil pode detectar os sinais e transmitir as informações através de um link sem fio 5G para recursos de computação em neblina próximos para a análise dos dados.

A expectativa é que esta nova tecnologia possa ser implementada em uma ampla gama de áreas, incluindo exames no ponto de atendimento médico e veterinário, diagnósticos, testes de medicamentos e alimentos e internet das coisas.

"Um recorde na capacidade de transmissão agregada pelo sistema de multiplexação por divisão de comprimento de onda por fibra monomodo atingiu 115 Tbit/s ao longo de 240 km. [Portanto,] é hora de voltar nossa atenção do transporte de dados por fótons para o processamento de dados por fótons," defendeu a equipe.

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