L'integrazione tra fotonica, la tecnologia di trasmissione di dati tramite i segnali di luce, ed elettronica, che sfrutta invece gli elettroni per questa trasmissione, è considerata una delle strade per arrivare a futuri computer molto più potenti e veloci di quelli attuali. Un deciso passo in avanti è stato ottenuto da ricercatori dell'Università della California a Berkeley che ha integrato, su un chip che misura tre millimetri per sei, un processore con più di 70 milioni di transistor e 850 componenti fotonici che funzionano insieme per assicurare tutte le funzioni logiche, di memoria. I dispositivi fotonici assicurano anche le interconnessioni con altri chip.

"Questo risultato è una pietra miliare: si tratta del primo processore in grado di usare la luce per comunicare con il mondo esterno", ha spiegato Vladimir Stojanovic, che ha guidato lo sviluppo del chip e firmato l'articolo pubblicato su "Nature".

Rispetto ai cavi elettrici, le fibre ottiche possono sostenere una maggiore larghezza di banda, trasportano più dati a velocità più elevate e su distanze maggiori; il tutto consumando meno energia. Ma mentre il trasferimento di dati tra diversi computer è migliorato notevolmente negli ultimi anni, l'integrazione delle tecnologie fotoniche nei chip è rimasta problematica. Uno dei maggiori ostacoli di questa integrazione è il processo di fabbricazione, attualmente ottimizzato per l'elettronica, che dovrebbe essere modificato per le caratteristiche dei componenti fotonici, con un notevole aggravio di costi.

Con alcuni accorgimenti, Stojanovic e colleghi hanno adattato un chip progettato originariamente per l'elettronica al controllo degli impulsi luminosi. Manipolando per esempio il processo di dopaggio del silicio, cioè l'aggiunta di composti per ottenere caratteristiche di semiconduzione adatte agli specifici componenti elettronici, hanno potuto usare i dispositivi semiconduttori come una guida d'onda per la luce.

Il nuovo processore ha già dimostrato le sue potenzialità, eseguendo vari programmi per computer, che richiedevano invio e ricezione di istruzioni e dati da e verso un'unità di memoria. Il chip ha una densità di banda di 300 gigabit al secondo per millimetro quadrato, un valore da 10 a 50 volte superiore ai microprocessori elettronici convenzionali.

L'interconnessione del chip con altri chip è efficiente dal punto di vista energetico, poiché richiede solo 1,3 picojoule per bit, equivalenti a consumare 1,3 watt di potenza per trasmettere un terabit di dati al secondo. Nel corso dei test, i dati sono stati inviati a un ricevitore posto a dieci metri di distanza.

"Nel caso dei collegamenti elettrici ad alta velocità, il limite prima di dover rigenerare il segnale elettrico è di circa un metro, e ciò determina un rapido incremento della potenza necessaria per le trasmissioni", ha aggiunto Chen Sun, coautore dello studio. "Il vantaggio dell'ottica è che con la stessa quantità di energia si può trasmettere un segnale a un paio di centimetri, a pochi metri o ad alcuni chilometri".