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(a) Esquema 3D de los filtros WDM en chip que consta de cuatro Si-MRR sintonizables en cascada con diferentes radios. Recuadro: vista ampliada de la guía de ondas de microanillo con ITiO/HfO2/Condensador Si MOS. (b) Perfiles de modo simulado en la región activa con anchos de guía de onda de 300 y 400 nm, respectivamente. (C) Factor Q simulado (azul) y sintonizabilidad (naranja) versus anchos de guía de ondas suponiendo que el material de la puerta tiene una concentración de portadores de 3 × 1019 cm−3 y movilidad de 25 cm2V−1 s−1 en la simulación. (d) Factor Q simulado en función de la movilidad con diferentes anchos de guía de ondas, suponiendo que la guía de ondas de Si doblada tiene un radio de 8 μm y una altura de 250 nm con una losa de 50 nm en la simulación. Crédito: Informes científicos (2023). DOI: 10.1038/s41598-023-32313-0
Investigadores de la Universidad Estatal de Oregón y la Universidad de Baylor han hecho un gran avance para reducir el consumo de energía de los chips fotónicos que se utilizan en los centros de datos y las supercomputadoras. El artículo se publica en la revista Informes científicos.
Los hallazgos son importantes porque un centro de datos puede consumir hasta 50 veces más energía por pie cuadrado de superficie que un edificio de oficinas típico, según el Departamento de Energía de EE. UU.
Un centro de datos alberga las operaciones y el equipo de tecnología de la información de una organización; almacena, procesa y difunde datos y aplicaciones. Los centros de datos representan aproximadamente el 2% de todo el uso de electricidad en los Estados Unidos, dice el DOE.
Según la Comisión de Comercio Internacional de EE. UU., la cantidad de centros de datos ha aumentado rápidamente a medida que se dispara la demanda de datos. En los Estados Unidos, sede de muchas empresas que producen y consumen grandes cantidades de datos, como Facebook, Amazon, Microsoft y Google, hay más de 2600 centros de datos.
El avance de John Conley de la Facultad de Ingeniería de la OSU, el ex colega del estado de Oregón Alan Wang, ahora de Baylor, y los estudiantes graduados de la OSU Wei-Che Hsu, Ben Kupp y Nabila Nujhat implica un nuevo método ultraeficiente en energía para compensar variaciones de temperatura que degradan los chips fotónicos. Dichos chips «formarán la columna vertebral de comunicación de alta velocidad de los futuros centros de datos y supercomputadoras», dijo Conley.
El circuito de los chips fotónicos utiliza fotones (partículas de luz) en lugar de los electrones que circulan a través de los chips de computadora convencionales. Moviéndose a la velocidad de la luz, los fotones permiten la transmisión de datos extremadamente rápida y eficiente desde el punto de vista energético.
El problema con los chips fotónicos es que, hasta ahora, se ha requerido una cantidad significativa de energía para mantener su temperatura estable y un alto rendimiento. Sin embargo, el equipo dirigido por Wang ha demostrado que es posible reducir la energía necesaria para el control de la temperatura en un factor de más de 1 millón.
«Alan es un experto en materiales y dispositivos fotónicos y mi área de especialización es la deposición de capas atómicas y los dispositivos electrónicos», dijo Conley. «Pudimos hacer prototipos de trabajo que muestran que la temperatura se puede controlar a través del voltaje de la puerta, lo que significa que prácticamente no se usa corriente eléctrica».
En la actualidad, dijo Wang, la industria fotónica se basa exclusivamente en componentes conocidos como «calentadores térmicos» para ajustar las longitudes de onda de trabajo de los dispositivos electroópticos de alta velocidad y optimizar su rendimiento. Estos calentadores térmicos consumen varios milivatios de electricidad por dispositivo.
«Eso puede no parecer mucho considerando que una bombilla LED típica usa de seis a 10 vatios», dijo Wang. «Sin embargo, multiplique esos varios milivatios por millones de dispositivos y se suman rápidamente, por lo que ese enfoque enfrenta desafíos a medida que los sistemas se amplían y se vuelven más grandes y más poderosos».
«Nuestro método es mucho más aceptable para el planeta», agregó Conley. «Algún día permitirá que los centros de datos sigan siendo más rápidos y potentes mientras usan menos energía para que podamos acceder a aplicaciones cada vez más potentes impulsadas por el aprendizaje automático, como ChatGPT, sin sentirnos culpables».
Más información:
Wei-Che Hsu et al, filtros de multiplexación por división de longitud de onda en el chip que utilizan una matriz de resonador de microanillo de silicio accionada por puerta extremadamente eficiente, Informes científicos (2023). DOI: 10.1038/s41598-023-32313-0
Citación: El avance en la eficiencia energética de los chips informáticos podría reducir el uso de electricidad del centro de datos (24 de mayo de 2023) consultado el 24 de mayo de 2023 en https://techxplore.com/news/2023-05-breakthrough-chip-energy-efficiency-center.html
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