Se acercan los chiplets ópticos, ¿qué son y cómo funcionan?

Con respecto al consumo energético para cualquier microprocesador es mucho más barato realizar un cálculo que transmitir información, esto ha hecho que en los últimos años se hayan creado un sinfín de soluciones de todo tipo para poder obtener el mayor ancho de banda posible con el mayor ahorro energético posible. Dentro de este reto se encuentran las interfaces ópticas, las cuales tienen una importancia crucial en las comunicaciones a gran escala.

¿Qué es y qué utilidad tiene las interfaces ópticas?

Las interfaces ópticas transmiten información a través de haces de luz, en vez de hacerlo utilizando señales eléctricas. Por lo que no utiliza cables de metal para transmitir la señal, lo cual elimina por completo el problema de la distancia y el consumo energético. Y es que el motivo por el cual una operación de memoria consume mucho más si accedemos a la RAM, que, por ejemplo, la caché de primer nivel, se debe a la distancia entre ambas memorias respecto al microprocesador.

Una de las utilidades más reconocidas de las interfaces ópticas es la de proveer de internet a millones de hogares a través de la llamada fibra óptica, lo que le permite llegar a velocidad que pronto serán de 10 Gbps por cliente; sin embargo, no es la única utilidad, ya que tenemos como ejemplo el PCI Express óptico que es una implementación del mismo utilizando una interfaz óptica, lo que permite conectar dispositivos que requieren un alto ancho de banda a corta distancia.

Por lo que se puede decir, y en resumen, que su uso se ve más bien en aquellas aplicaciones donde la distancia entre ambos transceptores de datos es lo suficientemente grande como para ser problemática en cuanto a funcionalidad y consumo.

¿Cómo funciona?

No todas las interfaces ópticas son iguales, al igual que las eléctricas las hay de diferentes tipos para todo tipo de utilidades y aplicaciones, pero todas comparten un funcionamiento básico que es común en todas ellas y que es el siguiente:

1. En primer lugar, hemos de partir que la información en tu PC se envía por señales eléctricas, por lo que es necesaria convertirla en pulsos o señales de luz, esto se hace a través de un diodo láser o LED.
2. Dichos pulsos de luz se transmitirán a través del medio, habitualmente un cable de fibra óptica, por el cual la luz viajará con la ventaja de no sufrir interferencias y, por tanto, sin apenas degradación de la señal en la distancia.
   • Hay casos en los que se suelen utilizar lentes para transmitir información a gran velocidad, pero en general se utiliza fibra óptica, la cual se suele dividir en dos tipos: la fibra monomodo para largas distancias y la multimodo.
3. En el lado receptor, un fotodiodo recibirá los pulsos de luz y realizará el proceso de convertirlos de nuevo en señales eléctricas, pueden ser leídas por el sistema.

Una de las principales ventajas que tienen las interfaces ópticas es que la cantidad de ciclos de reloj que pueden alcanzar sin que se degrade la señal es mucho más alta. Esto se traduce en que no son necesarias tanto cableado para transmitir la misma cantidad de información.

¿Veremos alguna vez dicha tecnología en nuestro PC?

Si bien la idea de usar la fotónica para transmitir datos es interesante, la realidad es que no todas las tecnologías terminan en un sistema doméstico por el simple hecho que a pequeña escala no suponen una ventaja. No obstante, en el mundo de los centros de datos o servidores, es donde van a tomar más importancia en los próximos años, y un ejemplo de lo que serán las interfaces ópticas en el futuro es el chiplet OCI de Intel.

¿Su particularidad? Puede transmitir a través de 64 líneas de comunicación hasta 32 Gbps por ciclo de reloj en ambas direcciones, lo que se traduce en 4 Terabits por segundo, es decir, 512 GB/s de velocidad en distancias de hasta 100 metros. Todo ello con un consumo de 5 pJ/bit frente a los 15 pJ/bit de los métodos convencionales. Tened en cuenta que la infraestructura es un elemento importante en un centro de datos donde tenemos decenas, cientos y a veces hasta miles de sistemas, transmitiéndose datos e interconectados entre sí. Por lo que a gran escala el hecho de reducir el consumo energético en intercomunicación a un tercio es un punto bastante importante.

Claro está que nada quita que en un futuro y con respecto a los periféricos externos es probable que veamos una evolución con interfaz óptica del USB4/Thunderbolt 4 con tal de ahorrar energía, por no hablar de la ventaja que supondría para sistemas portátiles poder optar por tarjetas gráficas externas con una interfaz óptica que les permita tener una comunicación con ancho de banda completo con la CPU y la RAM del sistema, y no limitada como a día de hoy.