A ilustração esquemática destaca a operação do processador espectral de aleta ferroelétrica, onde o sinal agregado (representado pela luz branca) é decomposto em bandas constituintes em diferentes frequências (representadas por diferentes cores de eletrodo). Crédito: Roozbeh Tabrizian
Pesquisadores da Universidade da Flórida desenvolveram uma nova técnica utilizando tecnologia de semicondutores para produzir processadores que melhoram muito a eficiência da transmissão de grandes volumes de dados em todo o mundo. A inovação, destaque na atual capa da revista Eletrônica da Naturezaestá preparada para transformar o cenário da comunicação sem fio num momento em que os avanços na IA estão aumentando drasticamente a demanda.
Tradicionalmente, a comunicação sem fio tem dependido de processadores planares, que, embora eficazes, são limitados pela sua estrutura bidimensional para operar dentro de uma porção limitada do espectro eletromagnético. A abordagem projetada pela UF aproveita o poder da tecnologia de semicondutores para impulsionar a comunicação sem fio para uma nova dimensão – literalmente.
Os pesquisadores fizeram a transição com sucesso de processadores planares para tridimensionais, inaugurando uma nova era de compactação e eficiência na transmissão de dados.
Transmissão de dados e aplicativos aprimorados
Roozbeh Tabrizian, Ph.D., professor associado do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da UF, cuja equipe desenvolveu o processador tridimensional, disse que isso marca um momento crucial na evolução da comunicação sem fio à medida que o mundo se torna cada vez mais dependente da conectividade contínua. e troca de dados em tempo real.
“A capacidade de transmitir dados de forma mais eficiente e confiável abrirá portas para novas possibilidades, alimentando avanços em áreas como cidades inteligentes, cuidados de saúde remotos e realidade aumentada”, disse ele.
A ilustração esquemática destaca a operação do processador espectral de aleta ferroelétrica, onde o sinal agregado (representado pela luz branca) é decomposto em bandas constituintes em diferentes frequências (representadas por diferentes cores de eletrodo). Crédito: Roozbeh Tabrizian
Atualmente, os dados dos nossos telemóveis e tablets são convertidos em ondas eletromagnéticas que se propagam entre milhares de milhões de utilizadores. Assim como o projeto de rodovias e semáforos garantem que o tráfego flua de maneira eficiente através de uma cidade, filtros ou processadores espectrais movem os dados em diferentes frequências.
Limitações dos processadores tradicionais
“A infra-estrutura de uma cidade só consegue lidar com um determinado nível de tráfego e, se continuarmos a aumentar o volume de automóveis, teremos um problema”, disse Tabrizian. “Estamos começando a atingir a quantidade máxima de dados que podemos mover com eficiência. A estrutura planar dos processadores não é mais prática, pois nos limita a uma gama muito limitada de frequências.”
Com o advento da IA e dos dispositivos autônomos, o aumento da demanda exigirá muito mais semáforos na forma de filtros em diversas frequências diferentes para mover os dados para onde se destinam.
“Pense nisso como luzes na estrada e no ar”, disse Tabrizian. “Torna-se uma bagunça. Um chip fabricado para apenas uma frequência não faz mais sentido.”
Tabrizian e seus colegas da Faculdade de Engenharia Herbert Wertheim usam a tecnologia CMOS, ou processo complementar de fabricação de semicondutores de óxido metálico, para construir o ressonador nanomecânico tridimensional.
“Ao aproveitar os pontos fortes das tecnologias de semicondutores em integração, roteamento e empacotamento, podemos integrar diferentes processadores dependentes de frequência no mesmo chip”, disse Tabrizian. “Esse é um enorme benefício.”
Os processadores tridimensionais ocupam menos espaço físico, ao mesmo tempo que oferecem melhor desempenho e têm escalabilidade indefinida, o que significa que podem acomodar demandas crescentes.
“Este tipo inteiramente novo de processador espectral, que integra diferentes frequências em um chip monolítico, é realmente uma virada de jogo”, disse David Arnold, presidente associado para assuntos docentes do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação. “Dr. A nova abordagem de Tabrizian para chipsets de rádio multibanda e ágeis em frequência não apenas resolve um enorme desafio de fabricação, mas também permite que os projetistas imaginem estratégias de comunicação inteiramente novas em um mundo sem fio cada vez mais congestionado. Simplificando, nossos dispositivos sem fio funcionarão melhor, mais rápido e com mais segurança.”
Referência: “Circuitos de imagem em três dimensões” por Matthew Parker, 20 de fevereiro de 2024, Eletrônica da Natureza.
DOI: 10.1038/s41928-024-01131-1
A equipe de pesquisadores, que incluía Tabrizian, Faysal Hakim, Nicholas Rudawski e Troy Tharpe, começou a trabalhar nesta nova abordagem do processador em 2019. Eles receberam financiamento da Defense Advanced Research Projects Agency, uma agência do Departamento de Defesa dos EUA que investe em tecnologias inovadoras para a segurança nacional.
