A la velocidad de la luz
Ordenadores ópticos más pequeños, rápidos y baratos
Mientras parece haberse llegado al límite de la miniaturización en los ordenadores electrónicos actuales, los investigadores están intentando superarlos utilizando la luz en lugar de tensiones eléctricas en sus componentes. Lo que se está consiguiendo hoy en el laboratorio dará lugar al desarrollo de dispositivos y sistemas ópticos super-rápidos, super-miniaturizados, super-ligeros y super-baratos.
Ahora bien, ¿Tendrán utilidad estos ordenadores digitales ópticos super-rápidos y super-pequeños en aplicaciones de tipo general? ¿O no es esa la cuestión que hay que plantearse?
Lo mismo que en una época anterior se construyeron super-carreteras con más capacidad que nadie habría imaginado que fuera necesaria -y en las que ahora se acumula el tráfico durante horas en atascos interminables- una vez que se hayan creado los ordenadores ópticos las aplicaciones vendrán a continuación.
Utilizando luz en lugar de tensiones eléctricas para llevar a cabo cómputos y comunicaciones, los ordenadores ópticos digitales prometen unas velocidades de conmutación y un paralelismo que superará la capacidad de los ordenadores masivamente paralelos actuales y podría llegar a situar esa potencia de cómputo en los PCs desktop, o incluso en los ordenadores portátiles. Según los investigadores del Marshall Space Center de la NASA, estos ordenadores ópticos estarán instalados en los satélites atendiendo a las demandas cada vez mayores de las comunicaciones, y en los vuelos espaciales de larga duración. La necesidad de la potencia de los cómputos ópticos se está manifestando ya en programas que realizan modelización compleja, como los que se utilizan en las predicciones meteorológicas. Cómputos que requerirían once años con ordenadores electrónicos convencionales requerirán sólo una hora con ordenadores ópticos.
La necesidad de este tipo de velocidad existe ya, aunque se requerirán aún 10 años más para que aparezcan en el mercado ordenadores que utilicen tecnología digital totalmente óptica. La primera etapa en el movimiento hacia un mundo totalmente óptico consistirá probablemente en ordenadores híbridos electro-ópticos. Ya es posible hoy fabricar lásers y detectores en miniatura on-chip controlados electrónicamente. La óptica se hará cargo de las comunicaciones, con la luz viajando a lo largo de fibras o películas, con la ventaja frente a las comunicaciones eléctricas de que las ondas de luz no generan intermodulaciones ni requieren aislamientos, mientras que las frecuencias pueden ser multiplexadas con facilidad para conseguir paralelismo. En el mundo de los ordenadores masivamente paralelos, los diseñadores están trabajando en backplanes de espacio libre en los que señales ópticas realizan las conexiones. A diferencia de las señales eléctricas, las señales de luz pueden cruzar rutas sin afectar a la información que es recibida en sus destinos, y la información puede también ser multiplexada, posiblemente con hasta 1.000 canales separados en un único impulso.
En las comunicaciones, los dispositivos de conmutación óptica han superado ya la fase de prueba-de-concepto, y ya no es necesaria la conversión entre señales ópticas y eléctricas en cada conmutación. Para Internet y su enorme tráfico actual, el proceso óptico significa que serán posibles velocidades de terabits. Sin embargo, los componentes que son cruciales para conseguir ordenadores digitales totalmente ópticos se encuentran todavía en la fase de diseño, y aún no se han perfeccionado lo suficiente las puertas lógicas y los dispositivos bi-estables (o flip-flops), que funcionan sin intervención de la electrónica.
Conseguir el comportamiento no-lineal necesario para puertas lógicas y dispositivos bi-estables requiere aún una gran cantidad de energía. La cantidad de potencia necesaria en los impulsos de láser para los cómputos ópticos, aunque es factible en el laboratorio, no lo es para un ordenador miniaturizado.
Los científicos que intentan resolver estos problemas se están concentrando en materiales orgánicos, algunos de los cuales muestran fuertes transiciones binarias -en lugar de lineales- y altas velocidades de conmutación. Las velocidades de conmutación son importantes, porque un ordenador no puede funcionar con mayor rapidez que la velocidad de conmutación de sus substratos básicos.
Grupos de trabajo en la Brown University de EE.UU. y en el Almaden Research Center de IBM han alcanzado velocidades de 100 picosegundos. Y en el Marshall Space Flight Research Center se están utilizando películas orgánicas de sólo una micra, dirigidas por impulsos de láser, para funcionar a velocidades de pico y femtosegundos.
Sigue existiendo aún otro problema: ¿Qué aspecto de luz sería la mejor solución para crear los unos y los ceros que constituyen el flujo vital de la lógica de los ordenadores? Aunque los conmutadores orgánicos ofrecen un estado de transmisión de “on” y “off”, hasta ahora los investigadores no han identificado el material orgánico específico capaz de funcionar de forma óptima. Algunos científicos han sugerido que podría ser mejor utilizar la dirección de polarización de la luz para los unos y los ceros, de forma que la polarización de la luz en una dirección significaría “uno” y la polarización en la otra dirección significaría “cero”. Para ello argumentan que en ambos estados intervendría un flujo de energía, por lo que el resultado de una operación podría descender en cascada a la siguiente puerta lógica en una determinada secuencia.
Ahora bien, ¿Tendrán utilidad estos ordenadores digitales ópticos super-rápidos y super-pequeños en aplicaciones de tipo general? ¿O no es esa la cuestión que hay que plantearse?
Lo mismo que en una época anterior se construyeron super-carreteras con más capacidad que nadie habría imaginado que fuera necesaria -y en las que ahora se acumula el tráfico durante horas en atascos interminables- una vez que se hayan creado los ordenadores ópticos las aplicaciones vendrán a continuación.
Utilizando luz en lugar de tensiones eléctricas para llevar a cabo cómputos y comunicaciones, los ordenadores ópticos digitales prometen unas velocidades de conmutación y un paralelismo que superará la capacidad de los ordenadores masivamente paralelos actuales y podría llegar a situar esa potencia de cómputo en los PCs desktop, o incluso en los ordenadores portátiles. Según los investigadores del Marshall Space Center de la NASA, estos ordenadores ópticos estarán instalados en los satélites atendiendo a las demandas cada vez mayores de las comunicaciones, y en los vuelos espaciales de larga duración. La necesidad de la potencia de los cómputos ópticos se está manifestando ya en programas que realizan modelización compleja, como los que se utilizan en las predicciones meteorológicas. Cómputos que requerirían once años con ordenadores electrónicos convencionales requerirán sólo una hora con ordenadores ópticos.
La necesidad de este tipo de velocidad existe ya, aunque se requerirán aún 10 años más para que aparezcan en el mercado ordenadores que utilicen tecnología digital totalmente óptica. La primera etapa en el movimiento hacia un mundo totalmente óptico consistirá probablemente en ordenadores híbridos electro-ópticos. Ya es posible hoy fabricar lásers y detectores en miniatura on-chip controlados electrónicamente. La óptica se hará cargo de las comunicaciones, con la luz viajando a lo largo de fibras o películas, con la ventaja frente a las comunicaciones eléctricas de que las ondas de luz no generan intermodulaciones ni requieren aislamientos, mientras que las frecuencias pueden ser multiplexadas con facilidad para conseguir paralelismo. En el mundo de los ordenadores masivamente paralelos, los diseñadores están trabajando en backplanes de espacio libre en los que señales ópticas realizan las conexiones. A diferencia de las señales eléctricas, las señales de luz pueden cruzar rutas sin afectar a la información que es recibida en sus destinos, y la información puede también ser multiplexada, posiblemente con hasta 1.000 canales separados en un único impulso.
En las comunicaciones, los dispositivos de conmutación óptica han superado ya la fase de prueba-de-concepto, y ya no es necesaria la conversión entre señales ópticas y eléctricas en cada conmutación. Para Internet y su enorme tráfico actual, el proceso óptico significa que serán posibles velocidades de terabits. Sin embargo, los componentes que son cruciales para conseguir ordenadores digitales totalmente ópticos se encuentran todavía en la fase de diseño, y aún no se han perfeccionado lo suficiente las puertas lógicas y los dispositivos bi-estables (o flip-flops), que funcionan sin intervención de la electrónica.
Conseguir el comportamiento no-lineal necesario para puertas lógicas y dispositivos bi-estables requiere aún una gran cantidad de energía. La cantidad de potencia necesaria en los impulsos de láser para los cómputos ópticos, aunque es factible en el laboratorio, no lo es para un ordenador miniaturizado.
Los científicos que intentan resolver estos problemas se están concentrando en materiales orgánicos, algunos de los cuales muestran fuertes transiciones binarias -en lugar de lineales- y altas velocidades de conmutación. Las velocidades de conmutación son importantes, porque un ordenador no puede funcionar con mayor rapidez que la velocidad de conmutación de sus substratos básicos.
Grupos de trabajo en la Brown University de EE.UU. y en el Almaden Research Center de IBM han alcanzado velocidades de 100 picosegundos. Y en el Marshall Space Flight Research Center se están utilizando películas orgánicas de sólo una micra, dirigidas por impulsos de láser, para funcionar a velocidades de pico y femtosegundos.
Sigue existiendo aún otro problema: ¿Qué aspecto de luz sería la mejor solución para crear los unos y los ceros que constituyen el flujo vital de la lógica de los ordenadores? Aunque los conmutadores orgánicos ofrecen un estado de transmisión de “on” y “off”, hasta ahora los investigadores no han identificado el material orgánico específico capaz de funcionar de forma óptima. Algunos científicos han sugerido que podría ser mejor utilizar la dirección de polarización de la luz para los unos y los ceros, de forma que la polarización de la luz en una dirección significaría “uno” y la polarización en la otra dirección significaría “cero”. Para ello argumentan que en ambos estados intervendría un flujo de energía, por lo que el resultado de una operación podría descender en cascada a la siguiente puerta lógica en una determinada secuencia.
