Nova tecnologia promete cortar até 80% da energia dos data centers

Chips fotônicos, que usam luz em vez de eletricidade, podem cortar até 80% da energia gasta em data centers, segundo estimativas do setor. A tecnologia também promete deixar redes de telecomunicações mais eficientes.

A fotônica usa luz para transmitir, medir ou processar informações, no lugar dos elétrons empregados pela eletrônica tradicional. O avanço aparece em circuitos integrados fotônicos, chips que concentram funções ópticas em espaço reduzido.

Em entrevista à RESET, David de Felipe Mesquida, gerente sênior de projetos do Instituto Heinrich Hertz da Fraunhofer (Fraunhofer HHI), na Alemanha, afirmou que a tecnologia já é indispensável em redes de telecomunicações de alto desempenho, data centers, sensores de alta precisão e infraestrutura de inteligência artificial e computação de alto desempenho.

O Fraunhofer HHI desenvolve a tecnologia em parceria com a Oki Electric Industry Co., Ltd. (OKI), fabricante japonesa de equipamentos de informação e telecomunicações, com previsão de lançar os primeiros produtos conjuntos em 2027.

Como a fotônica economiza energia

Sinais de luz não sofrem perda por resistência elétrica, e a transmissão óptica a longas distâncias é praticamente livre de perdas. Muitos componentes ópticos também processam sinais diretamente, sem etapas extras de conversão que consomem energia.

Em data centers, essa vantagem aparece nos transceptores ópticos. Eles alcançam taxas de transmissão superiores a 400 gigabytes por segundo com baixo consumo de energia e, segundo estimativas do setor citadas por Mesquida, podem economizar de 50% a 80% de energia em comparação com conexões elétricas de alta velocidade equivalentes.

Sensores ópticos completam o quadro. Eles melhoram o monitoramento das operações, reduzem custos de refrigeração e diminuem o risco de falhas, o que pode representar economia de vários megawatts-hora de energia por ano, dependendo da aplicação.

Menos material, menos refrigeração

Circuitos fotônicos integrados também usam menos material que os eletrônicos tradicionais e exigem menor esforço de refrigeração, segundo Mesquida.

A parceria entre Fraunhofer HHI e OKI combina as tecnologias complementares da fotônica de silício da fabricante japonesa e os processos baseados em polímero e nitreto de silício desenvolvidos pelo instituto alemão. A combinação, chamada de integração híbrida, permite componentes menores e mais eficientes no uso de recursos.

Essa abordagem também reduz a dependência de metais raros. Circuitos eletrônicos convencionais usam majoritariamente silício e semicondutores do grupo III-V, enquanto os componentes fotônicos demandam menos desses materiais.

Onde a fotônica já está presente

A fotônica não é uma tecnologia nova. Ela já opera em redes de fibra óptica, em conexões de backhaul de 5G, em módulos ópticos de data centers para comunicação de alta velocidade entre servidores e switches, em sistemas lidar de veículos autônomos e em equipamentos de diagnóstico médico. Também é usada há tempos em vibrometria a laser e em sistemas de espectroscopia industrial.

O que muda agora, segundo Mesquida, é o estágio de desenvolvimento dos chips fotônicos integrados, que passam por uma nova rodada de aperfeiçoamento e devem tornar essas aplicações mais compactas, eficientes e potentes.

O que ainda falta para virar produto

A parceria entre Fraunhofer HHI e OKI também busca desenvolver vibrômetros ultracompactos, sensores de fibra óptica, biossensores ópticos de alta sensibilidade e transceptores ópticos de alta velocidade. Os primeiros produtos, previstos para 2027, incluem vibrômetros de alta precisão, biossensores ópticos e transceptores ópticos energeticamente eficientes.

Os desafios para a produção em massa ainda são grandes. Chips fotônicos são mais complexos de fabricar do que circuitos integrados eletrônicos comuns, e a montagem e o encapsulamento precisos e reprodutíveis desses componentes seguem sendo um obstáculo central. Também é preciso aumentar o volume de produção e de mercado para reduzir custos.

Para avançar nesse ponto, equipes de pesquisa da OKI passaram a trabalhar em Berlim junto ao Fraunhofer HHI, no desenvolvimento de processos de fabricação, montagem e encapsulamento voltados à escala industrial.

Hype ou avanço real

As estimativas de economia de energia citadas por Mesquida vêm de projeções do setor, não de medições independentes divulgadas na entrevista. Os primeiros produtos da parceria só devem chegar ao mercado em 2027, e a fabricação em escala industrial ainda depende de avanços em montagem e encapsulamento dos chips.

Ou seja, a fotônica já resolve problemas reais de eficiência em aplicações específicas, mas a promessa de uma transformação ampla da infraestrutura digital segue dependente de escala de produção e de custo, dois pontos que a parceria entre Fraunhofer HHI e OKI ainda tenta resolver.