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Che la fotonica fosse da tempo al centro delle attenzioni dei maggiori centri di ricerca informatici al mondo non è una novità. Sono molti gli scienziati e i ricercatori (IBM, l'Università di Bristol, il MIT e l'Università della California) che si stanno interessando della materia nella speranza di produrre CPU o chip di memoria che ottimizzino le prestazioni delle macchine informatiche e ridurre contemporaneamente i consumi di energia elettrica.
Le ultime novità in tal senso arrivano dai ricercatori della University of Colorado Boulder che, in collaborazione con il Massachusetts Institute of Technology, hanno dato alla luce un processore fotonico. Nei piani degli scienziati statunitensi, il chip dovrebbe permettere di creare supercomputer sempre più potenti e green , incrementando allo stesso tempo la velocità di connessione delle reti di telecomunicazioni.
Il perché dei chip fotonici
Il motivo che spinge così tanti istituti universitari e tanti laboratori di ricerca a concentrarsi su processori fotonici è presto detto. Con la Legge di Moore ormai vicina al capolinea si è alla ricerca di strade alternative che permettano di continuare a sviluppare processori e SoC dalla potenza adeguata senza essere costretti a cambiare totalmente paradigma scientifico. In questo quadro, l'informatica fotonica è, probabilmente, una delle alternative capaci di offrire migliori performance e più ampi margini di miglioramento.
Sfruttare fasci di luce anziché flussi di elettroni per far viaggiare le informazioni all'interno dei circuiti informatici porterebbe indubbi vantaggi. Sfruttare diodi laser di ultima generazione, ad esempio, permetterebbe di ridurre notevolmente il carico energetico necessario al funzionamento di un computer o uno smartphone. Inoltre, generando fasci laser di colori (e quindi con frequenze dello spettro elettromagnetico) differenti permetterebbe di scambiare informazioni in maniera parallela: in questo modo aumenterebbe la banda di comunicazione tra processore, memoria RAM e le altre componenti del computer. Potendo sfruttare tre fasci di luce di colore diverso, le vie di comunicazione triplicano, aumentando la velocità di comunicazione.
Trasferimenti di massa
Un processore fotonico permette di ospitare le porte di comunicazione direttamente all'interno del die del chip, riducendo così la distanza che le informazioni devono percorrere. Questo fatto consente di amplificare ulteriormente la larghezza di banda di lavoro del processore. Il chip sviluppato dai ricercatori dell'University of Colorado Boulder ha infatti una densità di bandwidth di 300 gigabit al secondo per millimetro quadrato, consentendogli una velocità fino a cinquanta volte maggiore rispetto ai processori attuali. Le dimensioni del dispositivo sono piccolissime: 3x6 millimetri che permettono al processore di occupare pochissimo spazio ma allo stesso tempo di assicurare delle prestazioni eccellenti.
Come funziona il chip fotonico
La grande rivoluzione dei processori fotonici sta nella struttura del dispositivo. La soluzione adottata dai ricercatori dell'Università statunitense prevede un processore dual-core RISC-V, collegato a un blocco da 1MB di SRAM ospitata sul die. La comunicazione tra CPU e SRAM è diretta e non utilizza nessun dispositivo ottico esterno: in questo modo il rapporto è diretto e la comunicazione più veloce ed efficiente. Per poter interagire con l'esterno, il processore ha bisogno solamente della luce, una trovata rivoluzionaria che potrà essere adottata con relativa facilità da tutte le aziende del settore senza dover rivoluzionare i propri processi produttivi.
In quali campi utilizzare i processori fotonici
Nonostante la fase di sperimentazione sia ancora nelle prime fasi a causa di problemi tecnici legati alla potenza dell'hardware, i processori fotonici promettono di portare grossi cambiamenti in molti settori della comunicazione e della tecnologia. Ad esempio nel campo della stampa 3D dove il chip fotonico potrà rendere più veloce e stabile la realizzazione di grandi prodotti e progetti complessi progettati direttamente al computer. In generale i chip fotonici si renderanno indispensabili ovunque sia necessario processare in tempi brevi grandi quantità di dati, come ad esempio per aumentare la potenza di calcolo dei supercomputer più avanzati.
