Chip 3D integra fotônica e eletrônica para IA energeticamente eficiente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/04/2025

Esquema do chip 3D de integração fotônico-eletrônico.
[Imagem: Stuart Daudlin et al. - 10.1038/s41566-025-01633-0]

IA com luz

Uma plataforma fotônico-eletrônica 3D alcançou eficiência energética e densidade de largura de banda sem precedentes, abrindo o caminho para um hardware de inteligência artificial (IA) de próxima geração, baseado em luz.

Ninguém mais questiona o potencial transformador dos sistemas de IA, mas ninguém também ignora que a disseminação do seu uso tem sido limitada pelas ineficiências energéticas e por gargalos na transferência de dados.

O caminho mais promissor está na fotônica, fazendo tudo com luz, em vez dos hardwares atuais à base de CPUs e GPUs. Antes, porém, é necessário fazer a integração eletrônica-fotônica.

Stuart Daudlin e colegas da Universidade de Colúmbia, nos EUA, desenvolveram um método pioneiro que integra a fotônica com a eletrônica CMOS tradicional, redefinindo os padrões da comunicação de dados de alta largura de banda e de eficiência energética.

"Neste trabalho, apresentamos uma tecnologia capaz de transferir vastos volumes de dados com consumo de energia sem precedentes," disse a professora Keren Bergman. "Esta inovação rompe a barreira de energia de longa data que limitou a movimentação de dados em sistemas tradicionais de computador e IA."

Novo hardware fotônico para conexão com a eletrônica.
[Imagem: Stuart Daudlin et al. - 10.1038/s41566-025-01633-0]

Integração fotônica-eletrônica

A demonstração da plataforma de integração fotônica-eletrônica contém 80 transmissores e receptores fotônicos dentro de um chip fabricado com tecnologia 3D.

O sistema apresentou uma alta largura de banda (800 Gb/s) e uma eficiência energética excepcional, consumindo apenas 120 femtojoules por bit. Com uma densidade de largura de banda de 5,3 Tb/s/mm², o chip excede em muito as referências atuais.

A equipe não se esqueceu dos custos e da viabilidade técnica, aproveitando componentes fabricados em fundições comerciais para produzir um chip que integra componentes fotônicos com circuitos eletrônicos CMOS, preparando o cenário para sua ampla adoção pela indústria.

"Os avanços resultantes estão prontos para alcançar níveis de desempenho sem precedentes, tornando esta tecnologia uma pedra angular de futuros sistemas de computação em todas as aplicações, desde modelos de IA em larga escala até processamento de dados em tempo real em sistemas autônomos. Além da IA, esta abordagem tem potencial transformador para a computação de alto desempenho, telecomunicações e sistemas de memória desagregada, sinalizando uma nova era de infraestrutura de computação de alta velocidade e eficiência energética," escreveu a equipe.

Mais tópicos