Computação à velocidade da luz: a revolução dos chips fotónicos

Imagine realizar cálculos complexos literalmente à velocidade da luz, com chips que quase não aquecem e consomem uma fração da energia. Além disso, visualize servidores em centros de dados que comunicam internamente via feixes de laser em vez de trilhos de cobre, eliminando gargalos de velocidade. Por incrível que pareça, estas perspetivas estão mais próximas da realidade do que se pensa.
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Porque precisamos de computadores de luz?
Para entender o fascínio pela computação fotónica, primeiro convém perceber os limites dos sistemas eletrónicos atuais. Os processadores convencionais baseados em transístores estão a esbarrar em obstáculos físicos: há limites para o quão pequenos os transístores podem ser e quão rápido os eletrões podem percorrer os circuitos sem gerar calor excessivo.
Quase 20% de toda a energia elétrica mundial já é consumida por equipamentos eletrónicos – desde enormes data centers até dispositivos pessoais – e parte considerável desse gasto vira calor desperdiçado. Por exemplo, apenas o arrefecimento de data centers pode representar até 40% do consumo de energia dessas instalações.
Contudo, um computador fotónico funcionaria de forma diferente: utilizaria fotões em vez de eletrões para transmitir e processar informação. Fotões movem-se à velocidade da luz e, ao contrário dos eletrões num fio, não encontram resistência elétrica que dissipa energia em forma de calor.
Em termos práticos, isso significa que um sistema fotónico poderia, em teoria, operar muito mais rapidamente e com menor consumo energético que um eletrónico equivalente. Além disso, a luz oferece uma vantagem de paralelismo: é possível usar múltiplos comprimentos de onda (cores) no mesmo feixe sem que interfiram uns com os outros.
Uma vantagem invisível: integrar-se num mundo ótico
Além da velocidade crua, há outro fator surpreendente: a integração direta com um mundo já iluminado. Os nossos sistemas de comunicação há muito dependem de fibras óticas para transmitir dados entre cidades e continentes na forma de luz.
Contudo, assim que esses sinais chegam aos dispositivos finais, são convertidos de fotões para eletrões, processados nos chips eletrónicos, e muitas vezes convertidos de volta em luz para seguir adiante. Essas conversões constantes (ótico->eletrónico->ótico) têm um custo energético e de desempenho.
Se conseguirmos manter os dados no domínio ótico do início ao fim – desde a transmissão até ao processamento e armazenamento – eliminamos grande parte dessa ineficiência. Computadores fotónicos poderiam trabalhar em harmonia com as redes atuais sem perder tempo em conversões físicas de sinal.
Avanços que já iluminam o caminho
Embora pareça futurista, a computação fotónica não é apenas teoria – protótipos e resultados práticos já estão a emergir em laboratórios pelo mundo. Um dos desafios clássicos era conseguir que chips de luz não servissem apenas para transporte de dados, mas também para realizar operações lógicas complexas.
Em 2023, uma equipa da Universidade da Pensilvânia apresentou o primeiro chip fotónico reprogramável capaz de executar funções não-lineares utilizando somente luz. Desenvolveram um material semicondutor especial que, ao ser iluminado por um feixe de controlo, alterava as propriedades de outro feixe que passava através dele.
Com isto, conseguiram criar numa só pastilha ótica o equivalente a neurónios artificiais completos – algo como um “cérebro de luz” capaz
A comunicação entre pisos numa rede estruturada já era garantida por fibra ótica, em 2001 já eu estava envolvido num projecto assim. Aora o processamento feito por fotões é no mínimo apaixonante!
Os Russso em finais de 2022 ou meados de 2023, também criram um cpu optico reprogramavel.
Eles falam de performance á volta das 10x 100x e em alguns casos 1000x.
Criaram uma impressora 3D para gerar as diversas partes criadas a 180nm.
Não sei o consumo energético ou temperaturas
Agora estão a testar um prototipo, e provavelmente a desenvolver ferramentas para o operar.
Mas é um processo longo, os EUA estão na corrida há mais tempo.
É uma possiblidade pois o silicio está no limite.
Outra solução são os computadores 3-trit ou 6 -trit, na qual cada “bit”(trit), pode ter 3 estados.
Os russos aqui estavam muito avançados no tempo da URSS, tinham o setum50, e o setum70.
Curiosamente os Chineses, tem vindo a mostrar uma curiosidade doentia pelos desenvolvimentos Russos, e o ano passado os Russsos fizeram uma apresentação para os Chineses…. muita inocencia!
Agora descubriram que a Huawei patenteou a tecnologia Russa, incluindo os erros que os Russos incluiram propositadamente…vai dar uma confusão entre os 2 países..
Mas o que estavam os Russso a espera?
Motores para avião, aviões, submarinos, computadores, etc etc etc, copiado dos Russos, meu deus.
E o mais bizarro, é que os Criadores Russos não teem dinheiro para patentear a tecnologia a nivel mundial, ou seja os chineses podem se tornar “donos” da tecnologia.
Os Criadores já apelaram a liderança Russa para os ajudar a proteger a tecnologia deles…mas não ha respostas, devido ha currente situação geopolitica.
Muito triste!!
Uma pergunta: Tanto para armazenar dados num disco rígido ou SSd, como para processar e reproduzir som, não será ainda necessário transformar os sinais óticos em sinais elétricos? Vamos ver no que vai dar, parece ser interessante, imaginarmos um dispositivo cujo os processadores e memórias ram, trabalhem com sinais óticos, talvez o LiFy, popularize-se, será que vamos ter um (LUSb, Light Universal Serial Bus?) É esperar os próximos episódios da história da informática.
É algo que já devia estar em vista á muito tempo só que tal como a passagem da rede de cobre para fibra, os custos de instalação e reparação e as ferramentas, conectores e afins são caríssimos.
Montar um PC , substituir uma placa gráfica por exemplo ou substituir a RAM num servidor vai ser algo muito mais complexo e cuidado nos manuseamentos……mas a performance, sobretudo performance/ watt e a nível de aquecimento……pode muito bem ainda chegar antes dos PCs quânticos…..e se calhar até vai ser este o segmento……
Depois tem outra vantagem como as distâncias são curtas não é obrigatoriamente a necessidade de ter de ser vidro como os cabos das operadoras. Pois a perda de sinal do feixe de luz não vai ter grande perca……depois distâncias curtas é fibra multi modo que pode levar vários feixes de luz…… não sei se isto podia ser usado no multi processador….. vários CPUs com vários canais de RAM a operar em simultâneo cada qual com o seu feixe de luz a consumir pouco e pouco calor…..
Ui pode estar aqui o futuro sim senhor