La fotónica de silicio es una de las tecnologías que se espera que dé forma al futuro de la inteligencia artificial, las comunicaciones y la infraestructura de datos.
Gran parte del trabajo del Reino Unido en esta área se centra en Cornerstone, un centro de innovación en fotónica de silicio dirigido por la Universidad de Southampton. Fundado en 2014, el centro sirve como una fundición de prototipos fotónicos de código abierto y sin licencia, brindando a los investigadores, las nuevas empresas y la industria acceso a las herramientas que necesitan para diseñar y probar circuitos integrados fotónicos.
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El objetivo es reducir las barreras que tradicionalmente han frenado el desarrollo de tecnología de chips avanzada, particularmente donde el acceso a instalaciones de fabricación especializadas es limitado.
Reducir la creciente demanda energética de los sistemas de IA
CORNERSTONE está organizado por la Universidad de Southampton en asociación con la Universidad de Glasgow y el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas del Reino Unido. Su enfoque combina experiencia en investigación académica con soporte práctico de ingeniería, lo que permite a los usuarios pasar del concepto inicial al prototipo funcional sin tener que navegar por acuerdos de licencia restrictivos o largos plazos de fabricación.
El centro fue fundado por el profesor Graham Reid, ampliamente considerado como uno de los pioneros de la fotónica del silicio y autor del primer libro de texto sobre el tema.
Su trabajo ayudó a establecer la fotónica de silicio como una tecnología práctica, particularmente en áreas como los moduladores ópticos y los dispositivos de transmisión de datos de alta velocidad que ahora se utilizan ampliamente en los sistemas de comunicaciones modernos.
El interés en la fotónica del silicio se ha intensificado a medida que las empresas buscan formas de reducir las crecientes demandas de energía de los sistemas de IA.
La reciente actividad inversora en las industrias de semiconductores y redes ha reforzado la idea de que la fotónica podría desempeñar un papel central en la infraestructura informática de próxima generación.
Quería saber más, así que hablé con el profesor Reid sobre el auge de la fotónica de silicio, el papel del modelo de innovación de acceso abierto y por qué las decisiones de inversión que se toman hoy podrían dar forma al futuro de la IA, las comunicaciones y la informática avanzada a nivel mundial.
- ¿Podría Cornerstone ser el próximo brazo? En caso afirmativo, ¿cuál es la hoja de ruta? Si no, ¿por qué no? ¿Cuál sería la diferencia fundamental en el enfoque?
Arm demostró cómo una empresa de diseño con sede en el Reino Unido podría escalar globalmente centrándose en las capacidades de diseño en lugar de la producción en masa. En ese sentido, existen paralelos con lo que estamos haciendo en Cornerstone, pero nuestro enfoque es diferente.
Permitimos la innovación en circuitos integrados fotónicos de silicio (PIC) reduciendo las barreras de entrada para investigadores, nuevas empresas y la industria. Nuestra plataforma proporciona acceso abierto a herramientas de fabricación, diseño y conocimientos de procesos para que los innovadores puedan pasar rápidamente del concepto al prototipo. A diferencia del modelo de licencia de Arm, nuestro enfoque es intencionalmente de código abierto y sin licencia, diseñado para maximizar la participación y la experimentación.
Sin embargo, para que el sector de la fotónica de silicio del Reino Unido logre el éxito global en su conjunto, necesitamos una hoja de ruta nacional para la fotónica. Esto se mencionó recientemente en una carta del Consejo de Ciencia y Tecnología, en la que asesoraba al Primer Ministro sobre cómo aprovechar la oportunidad de la fotónica.
Sobre la base de la Estrategia Nacional Cuántica y la Estrategia de Semiconductores, el gobierno y la industria deberían trabajar juntos para fortalecer los grupos de fotónica existentes con inversiones específicas en habilidades, infraestructura de ampliación, capacidad de fabricación y colaboración.
Una parte clave de esto será la creación de una línea piloto nacional de fotónica de silicio, una instalación semiindustrial donde las empresas puedan ir más allá de los prototipos de prueba de concepto y desarrollar diseños fabricables a escala.
Este sector tecnológico también sustenta otras tecnologías de vanguardia importantes para la estrategia industrial del Reino Unido, como el hardware de inteligencia artificial y las telecomunicaciones avanzadas, lo que lo convierte en una opción estratégica para el Reino Unido.
Entonces, en lugar de replicar el modelo de licencia de Arm, el objetivo es crear una plataforma de innovación y un ecosistema de importancia mundial para la fotónica de silicio, que permita a los investigadores y empresas del Reino Unido desarrollar tecnologías que impulsarán la infraestructura de inteligencia artificial, los sistemas de detección y las tecnologías cuánticas de próxima generación para la atención médica y el monitoreo ambiental.
- Nvidia está apostando fuerte por la fotónica de silicio. La fotónica resuelve un problema (transmisión de datos o cálculo real: estimación o entrenamiento). ¿Qué tipo de impacto tendrá SP si Nvidia pasa a la tecnología a escala?
La fotónica utiliza luz en lugar de electrones para transmitir y procesar información. Ofrece enormes ventajas en términos de ancho de banda, densidad de ancho de banda, velocidad y eficiencia energética, razón por la cual la fotónica de silicio representa una de las oportunidades estratégicamente más importantes para el crecimiento de la industria en esta década.
Los sistemas de IA actuales están cada vez más limitados por la rapidez y eficiencia con la que pueden transferir datos entre procesadores, memoria y centros de datos. Las conexiones ópticas construidas con fotónica de silicio pueden transmitir datos de manera mucho más eficiente que las conexiones eléctricas tradicionales, lo que reduce drásticamente la latencia y el consumo de energía.
Esto se está volviendo más importante a medida que aumentan las cargas de trabajo de la IA. Los centros de datos ya consumen grandes cantidades de energía y, a medida que se acelere la adopción de la IA, esa demanda no hará más que aumentar. La investigación de Nvidia sugiere que la fotónica integrada puede aumentar cinco veces la eficiencia energética.
Los problemas que resuelve la fotónica de silicio van más allá del cálculo de la IA y el consumo de energía. La fotónica de silicio sustenta las redes de comunicación, los sistemas de imágenes, las tecnologías de detección y los sistemas cuánticos modernos.
Las aplicaciones emergentes van desde diagnóstico biomédico y monitoreo ambiental hasta LiDAR para vehículos autónomos y comunicaciones cuánticas. Esta amplitud de aplicaciones es la razón por la que la tecnología tiene tanto potencial.
Nvidia ya ha realizado importantes inversiones en fotónica de silicio y el compromiso continuo de la empresa fue evidente en el GTC de este año. Durante su discurso de apertura, Jensen Huang habló sobre las actualizaciones del conmutador Spectrum-X, el componente de red central de la plataforma Spectrum-X, el primer tejido Ethernet del mundo diseñado específicamente para IA, que ahora utilizará ópticas empaquetadas (CPO), lo que confirma que la fotónica de silicio es fundamental para la IA de próxima generación de Nvifradia.
Al acercar la fotónica a los circuitos integrados de aplicaciones específicas (ASIC) personalizados, Nvidia DIA supera las barreras físicas de las interconexiones tradicionales. El giro de Huang es notable: a pesar de su compromiso histórico con el cobre para la ampliación, ahora ha colocado la fotónica en el centro de la estrategia de IA de la empresa.
- ¿Por qué Cornerstone adoptó la idea de una plataforma de código abierto sin licencia? ¿En qué se diferencia de lo que hacen otros?
Nuestro objetivo en CORNERSTONE es hacer accesible la fotónica de silicio para que más personas puedan innovar con ella. El código abierto ha demostrado ser fundamental para algunos usuarios.
Tradicionalmente, el acceso al fraude avanzado ha estado limitado por complejos sistemas de licencias, altos costos y falta de flexibilidad. Esto frena la innovación, especialmente para las nuevas empresas y los grupos de investigación que quieren experimentar con nuevas ideas.
Cornerstone adopta un enfoque diferente. Somos la única fundición de fotónica de silicio de código abierto donde los clientes pueden diseñar, fabricar y probar circuitos integrados fotónicos (PIC) sin barreras de licencia restrictivas. Al eliminar estas barreras, los clientes pueden centrarse en probar, crear y resolver problemas reales en lugar de navegar por el acceso a la tecnología.
Utilizamos un modelo de código abierto para fomentar la colaboración entre el mundo académico, las empresas emergentes y la industria y, en última instancia, respaldar el ecosistema fotónico de silicio más amplio. En la práctica, esto significa que las nuevas ideas se pueden probar más rápidamente, los diseños se pueden desarrollar más rápidamente y el camino desde la idea hasta la implementación se vuelve mucho más corto.
En última instancia, el código abierto significa que la tecnología avanzará más rápido y, a su vez, mejorará la vida cotidiana más rápidamente.
- La fotónica del silicio es donde está la inversión y el interés en este momento. Más abajo, ¿se están considerando otros materiales como sucesores del silicio o está demasiado disponible?
El interés y la inversión en fotónica de silicio están creciendo, como vimos con la reciente inversión de 4.000 millones de dólares de Nvidia en dos socios. Pero aún queda trabajo por hacer para que la fotónica de silicio ocupe un lugar prioritario en la agenda.
El futuro de la fotónica de silicio dependerá en última instancia de la integración de nuevos materiales para desbloquear más funcionalidades para algunas aplicaciones, en particular las comunicaciones de alta velocidad más allá de 400 Gb/s/longitud de onda.
Esto se conoce como integración heterogénea con materiales como el niobato de litio de película delgada o el titanato de bario, que pueden permitir una modulación de alta velocidad.
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