Cientistas chineses conseguiram integrar uma fonte de luz laser em um chip de silício, abrindo as portas para a fabricação de chips fotônicos em larga escala.
Em um momento em que a inteligência artificial está avançando aos trancos e barrancos e a concorrência tecnológica é acirrada, essa conquista pode mudar o equilíbrio global na indústria de semicondutores.
Fotônica de silício e seu potencial transformador
Por: Gabriel E. Levy B.
A fotônica de silício, um campo que busca usar fótons em vez de elétrons para processar e transmitir informações, promete revolucionar os sistemas de comunicação de dados.
De acordo com Douglas Yu, executivo da TSMC, à mídia chinesa: South China Morning Post[1], essa tecnologia pode desencadear “um novo paradigma” na indústria de semicondutores, permitindo conexões mais rápidas entre chips e máquinas.
Essa mudança é particularmente relevante em setores como data centers e inteligência artificial, onde a velocidade de transferência de dados é fundamental.
Por vários anos, grandes corporações como Intel, Samsung e TSMC vêm pesquisando fotônica de silício, vislumbrando suas vantagens. No entanto, embora os lasers quânticos em cascata baseados em silício sejam teoricamente possíveis, os desafios tecnológicos para torná-los viáveis ainda permanecem.
O esforço chinês neste campo não passou despercebido, pois eles encontraram uma maneira de superar certas barreiras econômicas e de desempenho usando tantalato de lítio, um material que permite que esses circuitos sejam fabricados a custos mais baixos e em maior escala.
China e sua aposta no tantalato de lítio
Historicamente, o niobato de lítio era um material essencial para chips fotônicos devido às suas propriedades de transformação de sinais elétricos em luz. No entanto, o niobato de lítio tem um alto custo e tamanho limite, o que retardou sua adoção em aplicações mais comerciais.
Nesse contexto, a China, com o apoio de seu Instituto de Tecnologia da Informação e Microssistemas de Xangai, desenvolveu um processo de fabricação usando tantalato de lítio (LiTaO3), um material que não é apenas mais barato, mas também mais eficiente e adaptável aos processos de litografia ultravioleta profunda (UVP) que já dominam.
Esse avanço tem o potencial de colocar a China em uma posição vantajosa, permitindo que ela produza circuitos fotônicos competitivos em larga escala. A colaboração com o Instituto de Tecnologia de Lausanne tem sido fundamental, e Ou Xin, um dos cientistas por trás deste projeto, diz que essa substituição por tantalato de lítio não apenas melhora o desempenho, mas também alinha a produção fotônica de silício com as técnicas de fabricação em massa existentes. Assim, a China poderia parar de depender de tecnologias estrangeiras e começar a exportar seus próprios chips fotônicos, uma indústria que poderia atingir um valor de mercado de mais de US$ 15 bilhões até 2026.
Inteligência artificial e o papel fundamental da fotônica de silício
A inteligência artificial está entre as áreas que mais se beneficiariam com a fotônica de silício. Essa tecnologia permitiria a criação de redes neurais ópticas que processam dados em velocidades sem precedentes.
De acordo com pesquisadores do laboratório JFS em Wuhan, a integração de lasers em chips de silício, agora alcançada pela primeira vez na China, permitiria a criação de sistemas de processamento que reduzem drasticamente o consumo de energia, ao mesmo tempo em que aumentam a velocidade e a capacidade de transmissão de dados.
A gigante tecnológica Huawei, por exemplo, já está a explorar esta tecnologia para otimizar os seus algoritmos de inteligência artificial. A vantagem dos chips fotônicos é que eles podem lidar com grandes volumes de dados simultaneamente, um fator crítico na era do big data.
Empresas como Microsoft e Google, que dependem fortemente da infraestrutura de data center para seus modelos de inteligência artificial, também estão acompanhando de perto o desenvolvimento dessa tecnologia, na tentativa de manter sua supremacia diante de uma China que não está apenas acelerando seu desenvolvimento na indústria, mas está disposta a liderar.
A geopolítica dos chips: um campo de batalha de alta tecnologia
O cenário global de semicondutores está sob tensões crescentes. As restrições de exportação dos EUA à China forçaram a China a priorizar a inovação local em tecnologias críticas. O desenvolvimento da fotônica de silício não é apenas uma corrida para liderar um setor de tecnologia, mas uma luta pela soberania em um campo fundamental para a economia digital e a segurança nacional.
Segundo o analista Dan Wang, o avanço da China nessa área é uma resposta estratégica às barreiras impostas pelo governo dos EUA. Wang argumenta que a fotônica de silício poderia dar à China uma vantagem tecnológica que iria além dos semicondutores tradicionais, uma vez que os chips fotônicos, ao contrário dos eletrônicos, não são tão afetados pelos gargalos e limitações físicas que o silício convencional enfrenta. Nesse contexto, os esforços da China para se integrar à indústria de chips fotônicos também servem para reduzir sua dependência de fornecedores como TSMC e Samsung, que atualmente controlam grande parte do mercado global de semicondutores.
Casos que antecipam o impacto da fotônica
Já existem casos que mostram o potencial impacto da fotônica de silício em diversos setores. A NVIDIA, por exemplo, está desenvolvendo aceleradores fotônicos para seus chips gráficos, enquanto a IBM está explorando a possibilidade de empregar essa tecnologia em seus supercomputadores.
Da mesma forma, startups como Ayar Labs e Lightmatter estão promovendo aplicações fotônicas específicas para inteligência artificial, tentando aumentar a velocidade de processamento em mais de 50%, reduzindo o consumo de energia.
A China, que já está produzindo e experimentando circuitos fotônicos de menor escala, está agora em uma posição que pode mudar o futuro das telecomunicações e da inteligência artificial. Se conseguir integrar essas tecnologias em seus data centers e sistemas de IA, poderá não apenas fechar a lacuna tecnológica com o Ocidente, mas também estabelecer novos padrões para a indústria globalmente.
Em conclusão, o compromisso da China com a fotônica de silício representa um marco na corrida pela inovação em semicondutores. À medida que o mundo assiste a esses avanços, a competição entre nações e empresas está se intensificando, pressionando por um futuro em que a luz, e não a eletricidade, seja o motor da tecnologia digital. Este é apenas o começo de uma batalha em que o conhecimento e a tecnologia determinarão quem liderará a próxima geração da revolução tecnológica.
