Sistema de transferencia de datos conecta chips de silicio con un cable del ancho de un cabello

El avance podría mejorar la eficiencia energética de los centros de datos y aligerar la carga de los vehículos ricos en electrónica.

Investigadores han desarrollado un sistema de transferencia de datos que puede transmitir información 10 veces más rápido que un USB.

El nuevo enlace empareja chips de silicio de alta frecuencia con un cable de polímero tan delgado como un mechón de cabello.

El sistema podría algún día impulsar la eficiencia energética en los centros de datos y aligerar la carga de naves espaciales ricas en electrónica.

La investigación se presentó en la Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido IEEE de este mes.

El autor principal es Jack Holloway, quien completó su doctorado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación (EECS) del MIT el otoño pasado y actualmente trabaja para Raytheon.

Los coautores incluyen a Ruonan Han, profesor asociado y asesor de doctorado de Holloway en EECS, y Georgios Dogiamis, investigador senior de Intel.

La necesidad de un intercambio de datos ágil es evidente, especialmente en una era de trabajo remoto.

“Hay una explosión en la cantidad de información que se comparte entre chips de computadora: computación en la nube, Internet, big data.

Y mucho de esto sucede con el alambre de cobre convencional”, dice Holloway.

Pero los cables de cobre, como los que se encuentran en los cables USB o HDMI, consumen mucha energía, especialmente cuando se trata de grandes cargas de datos.

“Existe una compensación fundamental entre la cantidad de energía consumida y la tasa de intercambio de información“.

A pesar de la creciente demanda de transmisión rápida de datos (más de 100 gigabits por segundo) a través de conductos de más de un metro, Holloway dice que la solución típica han sido cables de cobre “cada vez más voluminosos y costosos”.

Una alternativa al alambre de cobre es el cable de fibra óptica, aunque tiene sus propios problemas.

Mientras que los cables de cobre utilizan señalización eléctrica, la fibra óptica utiliza fotones.

Eso permite que la fibra óptica transmita datos rápidamente y con poca disipación de energía.

Pero los chips de computadora de silicio generalmente no funcionan bien con los fotones, lo que hace que las interconexiones entre cables de fibra óptica y computadoras sean un desafío.

“Actualmente no hay forma de generar, amplificar o detectar fotones en silicio de manera eficiente”, dice Holloway.

“Hay todo tipo de esquemas de integración costosos y complejos, pero desde una perspectiva económica, no es una gran solución“.

Entonces, los investigadores desarrollaron el suyo propio.

El nuevo enlace del equipo aprovecha los beneficios de los conductos de cobre y fibra óptica, al tiempo que elimina sus inconvenientes.

“Es un gran ejemplo de una solución complementaria“, dice Dogiamis.

Su conducto está hecho de polímero plástico, por lo que es más liviano y potencialmente más económico de fabricar que los cables de cobre tradicionales.

Pero cuando el enlace de polímero se opera con señales electromagnéticas de menos de terahercios, es mucho más eficiente en energía que el cobre para transmitir una alta carga de datos.

La eficiencia del nuevo enlace rivaliza con la de la fibra óptica, pero tiene una ventaja clave:

“Es compatible directamente con chips de silicio, sin ninguna fabricación especial“, dice Holloway.

El equipo diseñó chips de bajo costo para emparejarse con el conducto de polímero.

Por lo general, los chips de silicio tienen dificultades para operar a frecuencias de subterahercios.

Sin embargo, los nuevos chips del equipo generan esas señales de alta frecuencia con suficiente potencia para transmitir datos directamente al conducto.

Esa conexión limpia de los chips de silicio al conducto significa que todo el sistema se puede fabricar con métodos estándar y rentables, dicen los investigadores.

El nuevo enlace también supera al cobre en términos de tamaño.

“El área de la sección transversal de nuestro cable es de 0,4 milímetros por un cuarto de milímetro”, dice Han.

“Entonces, es súper pequeño, como un mechón de cabello“.

A pesar de su reducido tamaño, puede transportar una gran cantidad de datos, ya que envía señales a través de tres canales paralelos diferentes, separados por frecuencia.

El ancho de banda total del enlace es de 105 gigabits por segundo, casi un orden de magnitud más rápido que un cable USB de cobre.

Dogiamis dice que el cable podría “abordar los desafíos del ancho de banda a medida que vemos esta megatendencia hacia más y más datos“.

En trabajos futuros, Han espera hacer que los conductos de polímero sean aún más rápidos al agruparlos.

“Podría ser un terabit por segundo, aún a bajo costo”.

Los investigadores sugieren que las aplicaciones “densas en datos”, como las granjas de servidores, podrían ser las primeras en adoptar los nuevos enlaces, ya que podrían reducir drásticamente las altas demandas de energía de los centros de datos.

El enlace también podría ser una solución clave para las industrias aeroespacial y automotriz, que priorizan los dispositivos pequeños y livianos.

Y un día, el enlace podría reemplazar los cables electrónicos de consumo en hogares y oficinas, gracias a la simplicidad y velocidad del enlace.

“Es mucho menos costoso que los enfoques [de cobre o fibra óptica], con un ancho de banda significativamente más amplio y menos pérdidas que las soluciones de cobre convencionales”, dice Holloway.

Fuente: MIT News