O recente avanço na arquitetura de chips foi marcado pela integração de componentes eletrônicos e baseados em luz, ou fotônicos. Essa abordagem inovadora, detalhada em um estudo publicado na Nature Communications em 20 de novembro, representa um avanço significativo no campo da tecnologia de comunicações. Ao mesclar componentes fotônicos em uma placa de circuito baseada em eletrônica convencional, os pesquisadores alcançaram um aumento substancial na largura de banda de frequência de rádio (RF) e melhoraram a precisão do sinal em altas frequências.
O desenvolvimento dessa tecnologia envolveu a construção de um protótipo funcional do chip de rede semicondutor. Esse chip, medindo 5 por 5 milímetros, foi criado ao anexar componentes eletrônicos e fotônicos, chamados de “chiplets”, em uma pastilha de silício. Esses componentes foram montados de maneira semelhante à construção com blocos de Lego. A integração desses dois tipos de componentes, que anteriormente era um grande desafio, marca um avanço significativo na tecnologia de chips.
Uma das principais melhorias nesta nova arquitetura de chip é o aprimoramento na filtragem de informações. Transceptores sem fio, que são fundamentais para o funcionamento desta tecnologia, transmitem dados e dependem de filtros de micro-ondas incorporados aos chips convencionais para bloquear sinais na faixa de frequência incorreta. Nesta nova arquitetura, filtros fotônicos de micro-ondas são usados para realizar a mesma função para sinais baseados em luz. Esses filtros permitem uma afinação precisa em frequências específicas, especialmente em bandas mais altas que são frequentemente congestionadas, possibilitando um fluxo de dados mais preciso e eficiente através do chip. Essa precisão é crucial para o desenvolvimento de futuras tecnologias sem fio, que estão cada vez mais dependendo de frequências mais altas que carregam mais energia e, consequentemente, maiores larguras de banda para dados.
Implicações para as Futuras Tecnologias Sem Fio
A importância desta nova arquitetura de chip se estende ao âmbito das futuras tecnologias sem fio, particularmente para a tecnologia móvel 6G e 7G. Como destacado por Ben Eggleton, líder da equipe de pesquisa da Universidade de Sydney, filtros fotônicos de micro-ondas desempenham um papel vital em aplicações modernas de comunicação e radar. Esses filtros oferecem a flexibilidade de filtrar precisamente diferentes frequências, reduzindo assim a interferência eletromagnética e melhorando a qualidade do sinal.
As implicações desta tecnologia são vastas, especialmente considerando o estado atual e futuro das redes sem fio. Por exemplo, dispositivos conectados às redes 5G nos EUA transmitem e recebem dados em faixas de radiofrequência que vão desde a banda baixa (abaixo de um gigahertz) até a banda alta (24 a 53 GHz), conforme relatado pela Verizon. As frequências mais altas permitem velocidades mais rápidas devido à maior capacidade de energia de comprimentos de onda mais curtos. No entanto, eles também enfrentam desafios como aumento da interferência e redução do alcance do sinal, já que comprimentos de onda mais curtos têm dificuldade em penetrar em superfícies e objetos maiores.
Olhando para o futuro, a tecnologia 6G, que se espera se tornar mainstream na década de 2030, operará em frequências ainda mais altas, começando de 7 a 15 GHz, de acordo com a Associação Global de Sistemas para Comunicações Móveis (GSMA). As bandas mais altas de 6G para aplicações industriais podem chegar acima de 100 GHz, e potencialmente até 1.000 GHz, como sugerido pela Universidade de Liverpool. Com essas frequências mais altas, as velocidades máximas teóricas podem chegar a até 1.000 gigabits por segundo.
Para acomodar esses avanços, há uma necessidade crescente de desenvolver chips de comunicação com larguras de banda RF significativamente mais altas e capacidades de filtragem avançadas para eliminar interferências nessas frequências mais altas. A integração da fotônica na arquitetura de chips desempenha um papel fundamental no desenvolvimento dos chips semicondutores de rede que alimentarão esses futuros dispositivos 6G, representando um salto substancial na tecnologia de comunicações.
