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Solo para Ingenieros
Ciencia y Tecnología
Dr. Arnoldo Bautista Corral
Sólo para ingenieros (188): La fotónica: ¿el futuro de la computación?…
28/03/2014
Clasificación: Ingeniería electrónica
Estimados colegas y amigos,
La fotónica es la ciencia que estudia la generación, emisión, trasmisión, modulación procesamiento
de señales, conmutación (switching), amplificación y detección/registro de luz. El término fotónica
enfatiza que los fotones no son ni partículas ni ondas sino que tienen ambas naturalezas, tanto de
partículas como de ondas.
La fotónica cubre el rango completo de aplicaciones tecnológicas de todo el espectro de la luz, desde
el ultravioleta, pasando por la luz visible hasta el infrarrojo cercano, mediano y lejano. La mayoría de
las aplicaciones, sin embargo, están en el rango de la luz visible y el infrarrojo cercano.
El término fotónica se desarrolló tanto como una derivación de la los primeros emisores de luz con
semiconductores desarrollados en los primeros años de los 60s, así como por el desarrollo de la fibra
óptica en los 70s. Aquellas aplicaciones de la fotónica que se consideran aplicaciones consolidadas y
económicamente importantes incluyen: almacenamiento óptico de datos, telecomunicaciones por
fibra óptica, impresión láser (basada en la xerografía), visualizadores y bombeo óptico en láseres de
alta potencia.
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Las aplicaciones potenciales de la fotónica son virtualmente ilimitadas e incluyen: síntesis química,
diagnóstico médico, comunicación de datos ‘on-chip’ y obtención de energía mediante fusión, entre
otras aplicaciones interesantes.
Un colega nos ha enviado información sobre una nueva aplicación de la fotónica, ahora en el campo
de la computación. De hecho el boletín en línea ‘SicenceDaily’ publicó recientemente (el 19 de
febrero de 2014) que el futuro de la computación probablemente no está en los electrones sino en
los fotones, esto es, en microprocesadores que usan luz en lugar de señales eléctricas.
El boletín nos comenta que los así-llamados artefactos fotónicos son típicamente construidos
utilizando métodos ‘a la medida’ que resultan difíciles y caros de fabricar. Sin embargo,
investigaciones en progreso están demostrando que equipos fotótonicos de baja potencia pueden
ser producidos utilizando procesos estándares para manufacturar circuitos integrados (chips).
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Los resultados de estas investigaciones se presentaron en el congreso y exposición ‘Optical Fiber
Communication (OFC)’, realizado del 9 al 13 de marzo en San Francisco.
Mark Wade de la ‘University of Colorado’ en Boulder, quien presentó el trabajo de su equipo en el
‘OFC 2014’ (los co-autores de Wade incluyen a investigadores del ‘Massachusetts Institute of
Technology -MIT' y de la ‘University of California in Berkeley’), explica que construyeron dos nuevos
aparatos –un filtro sintonizable y un modulador– los cuales son tan eficientes en el manejo de
energía como algunos de los mejores equipos existentes y fueron manufacturados utilizando un
proceso con tecnología estándar IBM con semiconductores de óxidos metálicos complementarios
(CMOS por sus siglas en inglés) —el mismo proceso para elaborar circuitos integrados (chips) que
utilizan comercialmente muchos de los circuitos integrados, algunos de los cuales los podemos
encontrar en el ‘Playstation 3’ de Sony y también en la supercomputadora Watson que ¡ganó
Jeopardy en el 2011!
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‘Por lo que sabemos, nosotros somos los primeros en obtener fotónica de silicio integrada en un
proceso CMOS avanzado y en alcanzar eficiencias energéticas muy competitivas, comparadas con las
que presentan dispositivos electrónicos estándar,” puntualizó Wade.
Saciando la sed de potencia
La ley de Moore dice que debido al avance tecnológico, el número de transistores que puede caber
en un circuito integrado se duplica cada dos años; esto ha dado como resultado el incremento
exponencial en la capacidad de cómputo que hemos experimentado en las dos últimas décadas. Pero
aunque los transistores continúan reduciéndose, la ley de Moore quizá esta llegando a sus límites,
debido al hecho que los equipos están requiriendo más potencia para funcionar, lo cual provoca
sobrecalentamiento.
Tal necesidad de potencia es esencialmente problemática para la conexión que comunica la unidad
de procesamiento de una computadora con su memoria.
‘Está llegando al punto donde esta demandando tanta energía que limita la capacidad
computacional’, explicó Wade.
Una solución a este problema pudiera encontrarse en la fotónica, pues los investigadores anticipan
que será al menos 10 veces energéticamente más eficiente que la electrónica. La conexión para
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comunicar circuitos integrados usando estos dispositivos fotónica pudiera llegar a tener un densidad
de ancho de banda de al menos 10 veces más alto, lo que significaría que se podría trasmitir mucha
más información usando espacios mucho más pequeños. Esto es posible porque varias señales
ópticas pueden compartir la misma fibra óptica, mientras que para enviar múltiples señales eléctricas
requiere, ya sean múltiples cables electrónicos o esquemas que requieren más circuitos integrados o
mas energía.
Pero hasta ahora, explica Wade, los dispositivos fotónicos utilizados en comunicación de circuito a
circuito integrado han sido principalmente construidos para casos específicos usando métodos
especializados, limitando su aplicación comercial. Y aquellos equipos que han sido creados con
técnicas mas estandarizadas se basan en tecnología antigua, lo cual limita su habilidad para competir
con la electrónica del estado del arte.
En el camino de comercialización
La habilidad para producir dispositivos fotónicos de alta-eficiencia usando procesos CMOS dependerá
de diseñadores de circuitos integrados que no tienen que ser especialistas en el diseño de equipos
fotónicos, explicó Wade, lo cual esperamos acelerara la comercialización de la tecnología fotónica.
Agregó el investigador ‘ya se ha probado comercialmente que se pueden producir dispositivos
microelectrónicos de alta calidad utilizando el proceso CMOS de la IBM.’
Los dos equipos construidos por los investigadores son componentes claves para la comunicación
entre la unidad de procesamiento de una computadora y su memoria. Un modulador convierte
señales eléctricas en señales ópticas, luego un filtro sintonizable capta señales de luz de frecuencias
especificas, permitiendo seleccionar una señal de frecuencias múltiples, cada una de las cuales lleva
información diferente. Finalmente, utilizado en conjunto con un fotodetector, el filtro convierte
nuevamente las señales ópticas en señales eléctricas.
Pero de acuerdo a Wade, lo trascendente de este avance va más allá de esta aplicación particular.
‘Este es realmente un interesante primer paso en el que la fotónica basada en silicio se esta
posicionado en algunas áreas de la tecnología donde la electrónica ha dominado, empezándose a
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construir sistemas electrónico-fotónicos que requieren una integración densa,’ concluyó Wade.
Esta investigación fue parte del proyecto ‘Photonically Optimized Embedded Microprocessors
(POEM)’ auspiciado por la Agencia de Proyectos Avanzados para la Defensa de EUA.
Fuente:
http://en.wikipedia.org/wiki/Photonics
http://www.sciencedaily.com/releases/2014/02/140219124732.htm
http://innovation.columbia.edu/technologies/m07-042_on-chip-data-communication-using-hybridphotonic-electronic-network
-------------------Agradezco las contribuciones y opiniones enviadas.
No. de ingenieros en la lista de distribución: 725
No. de envío: 188
Bienvenidos comentarios sobre los envíos.
Deseando tengan un excelente fin de semana, les envío un fuerte abrazo.
Arnoldo
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Comentarios sobre el envío 187: Wärtsilä 64: el motor mas poderoso del mundo..
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El 21/03/14 23:00, Yasuhiro Matsumoto Kuwahara escribió:
Estimado Arnoldo,
Simplemente monstruoso e impresionante!
Lo que el hombre es capaz de hacer, no se si reír o llorar......
No sabia que había motores diesel de dos tiempos.
Mucho me gustaría saber como se lubrican (pistón-cilindro), ya que a gasolina tienen mezclas gasolina-aceite.
Espero el monstruo no contamine tanto el ambiente.
Y 80,000 kWatts !! es simplemente.....brutal, puesto que podría abastecer de energía eléctrica al equivalente de más de 200
mil casas.
Saludos
Yasuhiro Matsumoto
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El 23/03/14 14:26, JOSE MANUEL MAYAGOITIA HERNÁNDEZ escribió:
Muy impresionante, Arnoldo, ¿Como le harán para fabricar esas enormes partes de los motores?
Saludos y un abrazo.
José Manuel Mayagoitia H.
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Liga a blog Ex–Sheffield - 'Sólo para ingenieros': (http://ex-sheffield.org/soloparaingenierosnet/)
Liga al Portal de la Academia Panamericana de Ingeniería - Ciencia y Tecnología - 'Sólo para ingenieros':
http://www.academiapanamericanaingenieria.org/
Liga a: 'Ingeniería para todos' ('Dióxido de Vanadio: extraordinario supermaterial ', se publicó en la Unión de Morelos el
lunes 124-03-14, páginas 32 y 33): http://es.calameo.com/read/0000102141500abdb0eda
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