El procesador principal de cualquier ordenador (su unidad central de procesamiento o CPU) depende del pulso constante y la frecuencia específica generada por una señal de reloj para sincronizar sus funciones internas. La velocidad de un procesador determina la rapidez con la que una CPU puede ejecutar instrucciones y se mide en gigahercios (GHz). Por ejemplo, una CPU con una velocidad de reloj de 5 GHz puede realizar 5 mil millones de ciclos de reloj por segundo. Actualmente, esta es una velocidad más que suficiente para la mayoría de los ordenadores que tenemos en el hogar. Nos permite realizar múltiples tareas, jugar a los videojuegos más demandantes y realizar operaciones complejas. Por ejemplo, el microchip más avanzado de Qualcomm, el Snapdragon 8 Elite, tiene una velocidad de poco más de 4 GHz.

En general, cuanto mayor sea la velocidad de reloj, más instrucciones puede ejecutar una CPU en un período determinado, lo que significa mayores capacidades informáticas. Los chips tradicionales generan las señales utilizando osciladores electrónicos, pero este método consume demasiada energía, se calienta demasiado y esto reduce su velocidad.

Otro inconveniente es que los microchips tradicionales a menudo solo pueden funcionar a una velocidad de reloj principal, lo que significa que diferentes aplicaciones requieren tecnologías de fabricación, lo que aumenta su precio.

Ahora, un nuevo chip de 100 gigahercios promete un salto enorme en la capacidad de procesamiento que aprovecha la luz (no la electricidad) para sincronizar procesadores podría abrir el camino a la computación de alta velocidad con inteligencia artificial, las comunicaciones de próxima generación y la teledetección, según un grupo internacional de científicos dirigido por la Universidad de Pekín de China.

Los responsables del hallazgo, publicado en Nature, dijeron que el diseño totalmente óptico redefinió la forma en que se generaban las señales de reloj para los chips, abriendo la puerta a una computación más rápida y eficiente.

El autor principal, Chang Lin, profesor adjunto del Instituto de Tecnología de la Información y la Comunicación de la Universidad de Pekín, dijo que el equipo eligió la luz como medio para transmitir y procesar información con el fin de mejorar la velocidad de procesamiento.

“Nuestro chip utiliza la luz como medio para generar señales de reloj a través de fotones – explica Chang-. La luz viaja mucho más rápido que la electricidad, por lo que usar relojes de fotones para procesar información es mucho más rápido que los relojes electrónicos”.

El equipo desarrolló un “micropeine” que puede sintetizar señales de una sola frecuencia y de banda ancha que cubren una amplia banda de frecuencias y proporcionan relojes de referencia para la electrónica del sistema, según el estudio.

“Al construir un anillo en el microchip, la luz puede ‘correr’ continuamente a la velocidad de la luz – añade Chang -. El tiempo de cada vuelta se utiliza entonces como el estándar del reloj en el chip. Como una vuelta tomaría unas pocas milmillonésimas de segundo, el reloj puede regular el tiempo a una velocidad ultraalta. Este chip admite comunicaciones de telefonía móvil desde 5G hasta 6G, así como velocidades aún mayores. Con la nueva tecnología de chip, ya no es necesario actualizar el hardware de los teléfonos móviles cada vez que avanza la tecnología de comunicaciones”.

El equipo de Chang afirma que podrían producir miles de chips idénticos en obleas de 20 cm, mientras continuaban trabajando en la resolución de problemas de estabilidad y la optimización de los procesos de empaquetado

“Mientras que las GPU y CPU existentes funcionan alrededor de 2 a 3 GHz, nuestro equipo ha logrado una velocidad de reloj de más de 100 GHz. Esto significa que podemos calcular más en un tiempo más corto, proporcionando una mayor potencia de cálculo para el desarrollo de la inteligencia artificial”.

La solución de esos problemas abriría el camino hacia aplicaciones fáciles de usar para el consumidor y traerá cambios revolucionarios a los campos de la comunicación y la percepción. Permitirá “reducir significativamente el consumo de energía y los costes de los equipos para las estaciones base de telefonía móvil, al tiempo que mejora la precisión de la percepción y la velocidad de respuesta en la conducción autónoma”, concluye el estudio.