Revolución de la Fotónica de Silicio: Tecnología a la Velocidad de la Luz que Transforma la IA, los Centros de Datos y Más

La fotónica de silicio utiliza circuitos integrados fotónicos de silicio (PICs) para manipular la luz en el procesamiento y la comunicación de datos, permitiendo interconexiones dentro del chip y entre chips a velocidades como 100 Gb/s y 400 Gb/s.
Un chip fotónico de silicio del tamaño de una uña puede alojar docenas de canales láser y, con multiplexación por división de longitud de onda densa, transportar terabits de datos.
Las interconexiones de centros de datos se benefician de enlaces ópticos que consumen menos energía y ofrecen mayor densidad, con prototipos como chips de conmutación de 51,2 Tb/s con E/S óptica integrada ya demostrados.
En 2024, Ayar Labs demostró un chiplet óptico que ofrece 8 Tbps de ancho de banda usando 16 longitudes de onda, y una ronda Serie D a finales de 2024 recaudó $155 millones con la participación de Nvidia, AMD e Intel, elevando su valoración por encima de $1 mil millones.
Intel externalizó la fabricación de sus transceptores de fotónica de silicio a Jabil a finales de 2023 tras haber enviado más de 8 millones de chips transceptores fotónicos desde 2016.
InnoLight demostró un prototipo de transceptor óptico de 1,6 Tbps a finales de 2023, y se esperan módulos de 3,2 Tbps para 2026 a medida que se acercan los enlaces multi-terabit.
El instituto estadounidense AIM Photonics recibió un programa de $321 millones a siete años hasta 2028 para impulsar la fabricación de fotónica integrada en EE. UU., habilitando una fundición y línea de empaquetado de fotónica de silicio en Nueva York.
En 2023 Broadcom demostró prototipos de switches ópticos coempaquetados de 25,6 Tbps y 51,2 Tbps con motores fotónicos láser integrados.
Lightmatter recaudó $400 millones en una Serie D en 2024 para financiar su plataforma óptica de aceleración de IA, y PsiQuantum presentó públicamente una hoja de ruta hacia una computadora cuántica fotónica tolerante a pérdidas con su chip Omega en 2024.
Los analistas pronostican que el mercado de la fotónica de silicio alcanzará unos $54 mil millones para 2035, con aproximadamente $11 mil millones provenientes de aplicaciones no relacionadas con datos, impulsado en gran parte por las necesidades de centros de datos de IA.

¿Qué es la fotónica de silicio y cómo funciona?

La fotónica de silicio es una tecnología que utiliza circuitos integrados fotónicos (PICs) basados en silicio para manipular la luz (fotones) en el procesamiento y la comunicación. En términos simples, significa construir dispositivos ópticos (como láseres, moduladores y detectores) sobre chips de silicio de manera similar a como se fabrican los circuitos electrónicos. Estos chips fotónicos de silicio pueden enviar y recibir datos usando luz, permitiendo transferencia de datos ultra-rápida con gran ancho de banda y baja pérdida de energía ansys.com. Los componentes clave incluyen guías de onda (pequeños “cables” ópticos que guían la luz en el chip), moduladores (que codifican datos en los haces de luz), láseres (normalmente añadidos mediante otros materiales ya que el silicio en sí no puede emitir luz), y fotodetectores (para convertir la luz entrante de nuevo en señales eléctricas) ansys.com. Al integrar estos elementos en una plataforma de silicio, los ingenieros aprovechan la fabricación de semiconductores (CMOS) ya establecida para producir en masa dispositivos fotónicos, combinando la velocidad de la luz con la escala de la fabricación moderna de chips ansys.com.

¿Cómo funciona? En lugar de pulsos eléctricos en cables de cobre, los circuitos fotónicos de silicio utilizan luz láser infrarroja que recorre guías de onda a escala micrométrica. El silicio es transparente a las longitudes de onda infrarrojas, lo que permite que la luz se propague con una pérdida mínima cuando está confinada por materiales circundantes como el dióxido de silicio, que tienen un índice de refracción más bajo ansys.com ansys.com. Los datos se codifican en estas ondas de luz mediante moduladores que pueden cambiar rápidamente la intensidad o la fase de la luz. En el otro extremo, los fotodetectores en el chip convierten las señales ópticas de nuevo a forma eléctrica. Debido a que la luz oscila a frecuencias mucho más altas que las señales eléctricas, los interconectores ópticos pueden transportar muchísimos más datos por segundo que los cables eléctricos. Una sola fibra o guía de onda diminuta puede transmitir decenas o cientos de gigabits por segundo, y al usar múltiples longitudes de onda de luz (multiplexación por división densa de longitud de onda), una sola fibra puede transportar terabits de datos. En términos prácticos, la fotónica de silicio permite comunicaciones dentro del chip o entre chips a velocidades como 100 Gb/s, 400 Gb/s o más, lo que de otro modo requeriría muchas líneas de cobre o simplemente sería inviable a distancias más largas ansys.com optics.org.

Los dispositivos fotónicos de silicio son compactos, rápidos y energéticamente eficientes. La luz puede viajar a través de las guías de onda con muy baja resistencia (sin capacitancia eléctrica ni problemas de calentamiento que aparecen con el cobre a altas velocidades), lo que significa un consumo de energía potencialmente menor para el movimiento de datos. Un análisis señala que los interconectores ópticos pueden aliviar drásticamente los cuellos de botella de datos y reducir el calor en sistemas de alto rendimiento – “los interconectores ópticos, habilitados por la fotónica de silicio, son el único camino escalable hacia adelante” para manejar la explosión de la demanda de ancho de banda laserfocusworld.com. En resumen, la fotónica de silicio une la plataforma de chips de silicio de bajo costo y producción masiva con la física de la luz, creando “circuitos para fotones” en un chip ansys.com. Esta tecnología nos permite literalmente mover datos a la velocidad de la luz en contextos donde la electrónica tradicional está llegando a sus límites.

Aplicaciones clave de la fotónica de silicio

La fotónica de silicio comenzó en las comunicaciones por fibra óptica, pero hoy es una plataforma versátil que encuentra usos en muchos campos de vanguardia. Debido a su alta velocidad y eficiencia energética, cualquier campo que necesite mover enormes cantidades de datos (o controlar la luz con precisión) es un candidato. Estas son algunas de las aplicaciones clave:

Centros de datos y redes en la nube de alta velocidad

Una de las aplicaciones más importantes es dentro de los centros de datos y supercomputadoras, donde la fotónica de silicio responde a la necesidad urgente de interconexiones más rápidas y eficientes. Los centros de datos modernos en la nube y hiperescala manejan flujos masivos de datos entre servidores, racks y a través de redes de campus. Los cables de cobre y los switches eléctricos tradicionales son cada vez más un cuello de botella: consumen demasiada energía y no pueden escalar más allá de ciertas distancias o velocidades (por ejemplo, los enlaces de cobre de 100 Gb/s solo funcionan para unos pocos metros). Las interconexiones fotónicas de silicio resuelven esto utilizando fibras ópticas y motores ópticos integrados para conectar servidores y switches a velocidades muy altas con una pérdida mínima. Transceptores ópticos basados en fotónica de silicio ya están reemplazando o complementando las conexiones eléctricas para la comunicación entre racks e incluso dentro del mismo rack tanaka-preciousmetals.com.

Cisco e Intel han sido pioneros aquí: Cisco ahora diseña transceptores ópticos enchufables de alta velocidad utilizando fotónica de silicio para conectar equipos de red expertmarketresearch.com. Intel, de igual manera, ha aprovechado la fotónica de silicio para mejorar la conectividad en centros de datos, enviando millones de chips transceptores ópticos de 100G y ahora aumentando la producción de módulos ópticos de 200G, 400G y probando módulos de 800G tanaka-preciousmetals.com. La motivación es clara: a medida que las tasas de datos se duplican de 100G a 200G y a 400G, el alcance del cobre se reduce drásticamente. “Cuando entras a un centro de datos hoy en día, verás cables de cobre de 100 Gb/s conectando los servidores al switch de la parte superior del rack… Esos cables están bien para unos cuatro metros. Pero todo lo que está más allá del rack ya está usando óptica,” señala Robert Blum, director sénior de fotónica en Intel, agregando que “a medida que aumentamos las tasas de datos a 200 o 400 Gb/s, el alcance del cobre se vuelve mucho más corto y empezamos a ver esta tendencia donde la óptica llega hasta el servidor.” tanaka-preciousmetals.com En los clústeres de computación de alto rendimiento (HPC) y supercomputadoras de IA, donde miles de procesadores necesitan enlaces de baja latencia, los interconectores ópticos proporcionan el ancho de banda necesario para mantener todos esos chips alimentados con datos ansys.com, laserfocusworld.com. Al llevar la fotónica al switch e incluso dentro de los paquetes de procesadores (las llamadas ópticas coempaquetadas), las redes de los centros de datos del futuro lograrán rendimientos mucho más altos. De hecho, ya están en el horizonte chips de conmutación de 51,2 Tb/s con E/S óptica integrada, y ya se han demostrado prototipos tanaka-preciousmetals.com.

Los beneficios para los centros de datos son significativos: menor consumo de energía (los enlaces ópticos desperdician mucha menos energía en forma de calor que al empujar electrones a través de cobre a decenas de GHz), mayor densidad (se pueden multiplexar muchos canales ópticos sin preocuparse por la interferencia electromagnética), y mayor alcance (las señales ópticas pueden recorrer kilómetros si es necesario). Esto significa que la fotónica de silicio ayuda a los centros de datos a escalar el rendimiento sin verse limitados por los límites de interconexión. Un analista de mercado señaló que los centros de datos centrados en IA están impulsando una demanda sin precedentes de transceptores ópticos de alto rendimiento, afirmando que “la fotónica de silicio y los PIC están a la vanguardia de esta revolución, con su capacidad para transmitir datos a velocidades de 1,6 Tbps y más allá.” optics.org En términos prácticos, un solo chip fotónico del tamaño de una uña puede contener docenas de canales láser, que en conjunto transportan terabits de datos, algo fundamental para la infraestructura de nube de próxima generación.

Aceleración de IA y Aprendizaje Automático

La explosión de IA y aprendizaje automático es un caso especial de la aplicación en centros de datos: merece una mención aparte porque la IA impulsa algunos requisitos únicos y ha estimulado nuevos usos para la fotónica de silicio. El entrenamiento de modelos avanzados de IA (como los grandes modelos de lenguaje que impulsan chatbots) implica cálculos masivamente paralelos distribuidos entre muchas GPU o aceleradores de IA especializados. Estos chips necesitan intercambiar enormes cantidades de datos para tareas como el entrenamiento de modelos, lo que a menudo satura los enlaces eléctricos convencionales. La fotónica de silicio ofrece una doble ventaja para la IA: interconexiones de gran ancho de banda y incluso el potencial para el cálculo óptico.

En el lado de la interconexión, se están desarrollando enlaces ópticos para conectar directamente chips aceleradores de IA o memoria utilizando luz (a veces llamado I/O óptico). Al reemplazar el backplane tradicional del servidor o la comunicación GPU a GPU con fibra óptica, los sistemas de IA pueden reducir significativamente la latencia de comunicación y el consumo de energía. Por ejemplo, startups como Ayar Labs están creando chiplets de I/O óptico que se colocan junto a los procesadores para transmitir datos dentro y fuera usando luz, eliminando los densos haces de trazas de cobre que de otro modo serían necesarios. En 2024, Ayar Labs demostró un chiplet óptico que ofrece 8 Tbps de ancho de banda utilizando 16 longitudes de onda de luz, una señal de cómo podrían ser las interconexiones de IA de próxima generación businesswire.com. Los principales fabricantes de chips están prestando atención: Nvidia, AMD e Intel invirtieron en Ayar Labs como parte de una ronda de financiación de $155 millones, apostando a que las interconexiones ópticas serán clave para escalar el hardware de IA del futuro nextplatform.com. Como bromeó un periodista, si no puedes obtener suficiente velocidad solo haciendo los chips más rápidos, “la siguiente mejor opción en la que invertir probablemente sea alguna forma de I/O óptico.” nextplatform.com

Más allá de mover datos entre chips de IA, la fotónica de silicio también está permitiendo la computación óptica para IA. Esto significa realizar ciertos cálculos (como multiplicaciones de matrices en redes neuronales) usando luz en lugar de electricidad, lo que podría potencialmente superar algunas de las limitaciones de velocidad y energía de los aceleradores electrónicos de IA actuales. Empresas como Lightmatter y Lightelligence han construido procesadores fotónicos prototipo que utilizan la interferencia de la luz en guías de onda de silicio para calcular resultados en paralelo. A finales de 2024, Lightmatter recaudó una notable ronda Serie D de $400 millones (llevando su valoración a $4.4 mil millones) para avanzar en su tecnología de computación óptica nextplatform.com. Aunque todavía están emergiendo, estos aceleradores fotónicos de IA prometen una ejecución ultrarrápida y de baja latencia de redes neuronales con un consumo de energía mucho menor, ya que los fotones generan un calor mínimo en comparación con los miles de millones de eventos de conmutación de transistores.

En general, a medida que los modelos de IA crecen en tamaño y complejidad (y requieren clústeres de decenas de miles de chips), la fotónica de silicio es vista como un “cambio de paradigma” que puede superar los cuellos de botella de comunicación en la infraestructura de IA laserfocusworld.com. Ofrece una forma de escalar el ancho de banda entre procesadores de manera lineal con la demanda, algo con lo que los enlaces eléctricos tienen dificultades. Observadores de la industria predicen que las tecnologías ópticas (como la óptica coempaquetada, los enlaces ópticos chip a chip y posiblemente los elementos de computación fotónica) se convertirán en estándar en los sistemas de IA en los próximos años, y no solo en un experimento de nicho. De hecho, según una estimación, los centros de datos de IA crecerán tan rápido (50% de CAGR en consumo de energía) que para 2030 podrían ser insostenibles con la E/S eléctrica existente, haciendo de la fotónica de silicio “una parte indispensable de nuestra infraestructura futura” para mantener la escalabilidad de la IA laserfocusworld.com.

Telecomunicaciones y Redes

La fotónica de silicio tiene sus raíces en las telecomunicaciones y continúa revolucionando la forma en que transmitimos datos a largas distancias. En las redes de telecomunicaciones de fibra óptica –ya sea la columna vertebral de Internet, cables submarinos o redes metropolitanas y de acceso– la fotónica integrada se utiliza para fabricar transceptores ópticos más pequeños, rápidos y económicos. Los sistemas tradicionales de comunicación óptica a menudo dependían de componentes discretos (láseres, moduladores, detectores ensamblados individualmente), pero la integración fotónica de silicio puede colocar muchos de estos componentes en un solo chip, mejorando la fiabilidad y reduciendo los costos de ensamblaje tanaka-preciousmetals.com.

Hoy en día, los módulos transceptores ópticos que utilizan fotónica de silicio son comunes en las interconexiones de centros de datos y están siendo adoptados cada vez más en la infraestructura de telecomunicaciones para 100G, 400G y más allá. Por ejemplo, empresas como Infinera y Cisco (Acacia) han desarrollado transceptores ópticos coherentes utilizando fotónica de silicio para enlaces de 400G y 800G en redes de telecomunicaciones. Las redes inalámbricas de banda ancha y 5G/6G también se benefician: los enlaces de fibra que conectan torres celulares o transportan datos de fronthaul/backhaul pueden hacerse más eficientes con la fotónica de silicio. Intel ha destacado que la fotónica de silicio desempeñará un papel en “los despliegues 5G de próxima generación utilizando factores de forma más pequeños y mayores velocidades, desde 100G hoy hasta 400G y más allá mañana” expertmarketresearch.com. La capacidad de integrar docenas de longitudes de onda láser en un chip es útil para los sistemas de multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM), que los operadores de telecomunicaciones utilizan para meter más canales en cada fibra. En 2023, una empresa china, InnoLight, incluso demostró un transceptor óptico de 1.6 Tb/s (utilizando múltiples longitudes de onda y modulación avanzada), una señal de que los enlaces ópticos multi-terabit están en el horizonte cercano optics.org.

Otra aplicación de redes es en el equipo central de enrutamiento y conmutación. Los routers de gama alta y las plataformas de conmutación óptica están comenzando a utilizar circuitos fotónicos de silicio para funciones como conmutación óptica, enrutamiento de señales e incluso filtrado de longitudes de onda en el chip. Por ejemplo, se han prototipado grandes matrices de conmutación fotónica de silicio que utilizan MEMS de silicio o efectos termo-ópticos para cambiar rápidamente las trayectorias de la luz, lo que potencialmente permite la conmutación de circuitos totalmente óptica. Estos podrían eventualmente usarse en redes de centros de datos para reconfigurar ópticamente las conexiones en tiempo real (Google ha insinuado el uso de conmutadores ópticos en algunos de sus clústeres de IA) nextplatform.com.

En general, en telecomunicaciones los objetivos son mayor capacidad y menor costo por bit. La fotónica de silicio ayuda escalando la capacidad de la fibra óptica (100G → 400G → 800G y 1.6T por longitud de onda) y reduciendo los costos de fabricación mediante procesos de fábricas CMOS. Es revelador que la división de fotónica de silicio de Intel, antes de ser reestructurada, envió más de 8 millones de chips transceptores fotónicos de 2016 a 2023 para usos en centros de datos y redes optics.org. Y las colaboraciones en la industria están creciendo: por ejemplo, Intel a finales de 2023 anunció que transferiría la fabricación de sus transceptores a Jabil (un fabricante por contrato) para escalar aún más la producción optics.org. Mientras tanto, gigantes de componentes ópticos como Coherent (anteriormente II-VI) y proveedores tradicionales de telecomunicaciones (Nokia, Ciena, etc.) están invirtiendo en fotónica de silicio para módulos ópticos de próxima generación optics.org. La tecnología se está convirtiendo en una piedra angular tanto de la infraestructura física de Internet como del ecosistema de comunicaciones 5G/6G en rápida evolución.

Sensado y LiDAR

La fotónica de silicio no se trata solo de comunicaciones: también está permitiendo nuevos tipos de sensores al aprovechar el control preciso de la luz en el chip. Un área emocionante es el sensado bioquímico y ambiental. Los sensores fotónicos de silicio pueden detectar cambios minúsculos en el índice de refracción o absorción cuando una muestra (como una gota de sangre o un vapor químico) interactúa con un haz de luz guiado. Por ejemplo, un chip fotónico de silicio podría tener un pequeño resonador de anillo o interferómetro que cambia de frecuencia cuando ciertas moléculas se unen a él. Esto permite la detección tipo laboratorio en chip de biomarcadores – proteínas, ADN, gases, etc. – con alta sensibilidad y potencialmente a bajo costo. Tales biosensores fotónicos podrían usarse para diagnósticos médicos, monitoreo ambiental o incluso aplicaciones de “nariz artificial” optics.org optics.org. Las ventajas de la miniaturización e integración son clave: un solo chip sensor fotónico de silicio podría integrar fuentes de luz, elementos sensores y fotodetectores, ofreciendo un sensor compacto y resistente en lugar de voluminosos equipos ópticos de laboratorio. La investigación en fotónica de nitruro de silicio (una variante que funciona mejor para longitudes de onda visibles) está abriendo aún más aplicaciones de sensado, ya que el SiN puede guiar luz visible para detectar cosas como señales de fluorescencia o Raman que el silicio puro no puede.

Otra aplicación en auge es LiDAR (Light Detection and Ranging) para vehículos autónomos, drones y robótica. Los sistemas LiDAR emiten pulsos láser y miden la luz reflejada para mapear distancias; esencialmente, es una “visión láser 3D”. Las unidades LiDAR tradicionales suelen depender de escaneo mecánico y láseres/detectores discretos, lo que las hace costosas y algo voluminosas. La fotónica de silicio ofrece una forma de construir LiDAR en un chip: integrando elementos de direccionamiento de haz, divisores, moduladores y detectores de manera monolítica. Un LiDAR fotónico de silicio puede usar direccionamiento de haz en estado sólido (por ejemplo, arreglos de fase óptica) para escanear el entorno sin partes móviles. Esto reduce drásticamente el tamaño y el costo de las unidades LiDAR. De hecho, Mobileye de Intel ha indicado que está utilizando circuitos integrados fotónicos de silicio en sus sensores LiDAR de conducción autónoma de próxima generación alrededor de 2025 tanaka-preciousmetals.com. Tal integración podría reducir los costos de LiDAR y permitir su despliegue masivo en automóviles. El LiDAR basado en fotónica de silicio también puede lograr un escaneo más rápido y mayor resolución aprovechando múltiples longitudes de onda o técnicas de detección coherente integradas en el chip. Como beneficio adicional, estas soluciones integradas tienden a consumir menos energía, un factor importante para los vehículos eléctricos.

Según Ansys, “las soluciones LiDAR habilitadas por fotónica de silicio son más compactas, consumen menos energía y son menos costosas de fabricar que los sistemas construidos a partir de componentes discretos.” ansys.com Esto resume perfectamente por qué empresas desde startups hasta gigantes tecnológicos están compitiendo para desarrollar LiDAR fotónico. Ya estamos viendo prototipos de LiDAR FMCW (LiDAR de onda continua modulada en frecuencia), que requiere delicados circuitos fotónicos como láseres sintonizables e interferómetros. La fotónica de silicio es una plataforma natural para esto, y los expertos predicen que la fotónica integrada será clave para hacer viable el LiDAR FMCW a gran escala (por su largo alcance e inmunidad a interferencias) optics.org optics.org. En un futuro cercano, espere ver automóviles y drones equipados con pequeñas unidades LiDAR basadas en chip que ofrecen alto rendimiento, un producto directo de la innovación en fotónica de silicio.

Más allá del LiDAR, otros usos en sensores incluyen giroscopios y sensores inerciales (usando giróscopos láser en chip para navegación), y espectrómetros (espectrómetros ópticos integrados para análisis químico). El hilo conductor es que la fotónica de silicio aporta la precisión de la medición óptica en un formato miniaturizado y fabricable. Esto está abriendo nuevas posibilidades en la electrónica de consumo (imagine un sensor óptico de salud en un reloj inteligente), monitoreo industrial e instrumentos científicos.

Computación cuántica y tecnologías cuánticas fotónicas

En la búsqueda de computadoras cuánticas, los fotones (partículas de luz) juegan un papel único. A diferencia de los electrones, los fotones pueden viajar largas distancias sin interactuar con el entorno (útil para transmitir información cuántica), y ciertos esquemas de computación cuántica utilizan los fotones como los propios cúbits. La fotónica de silicio ha surgido como una plataforma líder para la investigación en computación y redes cuánticas.

Varias startups y grupos de investigación están trabajando en computadoras cuánticas fotónicas que utilizan circuitos fotónicos basados en silicio para generar y manipular cúbits codificados en la luz. Por ejemplo, PsiQuantum, una startup con gran financiación, está asociándose con una fábrica de semiconductores para construir una computadora cuántica a gran escala utilizando miles de canales de cúbits fotónicos de silicio. La idea es integrar dispositivos como fuentes de fotones individuales, divisores de haz, cambiadores de fase y detectores de fotones en un chip para realizar lógica cuántica con fotones. La ventaja de la fotónica de silicio aquí es la escalabilidad: porque aprovecha la fabricación CMOS, se puede (en principio) crear circuitos fotónicos cuánticos muy complejos con cientos o miles de componentes, lo cual es mucho más difícil en otros enfoques de hardware cuántico. De hecho, los investigadores demostraron recientemente chips fotónicos de silicio con miles de componentes trabajando juntos para la manipulación de luz cuántica nature.com.

La fotónica de silicio también permite redes cuánticas – comunicaciones seguras usando distribución cuántica de claves (QKD) y fotones entrelazados – al proporcionar una plataforma para transmisores y receptores cuánticos ópticos compactos y estables. Además, ciertas tecnologías de sensores cuánticos (como giróscopos cuánticos ópticos o LiDAR de fotón único) pueden usar chips fotónicos de silicio en su núcleo.

Uno de los principales desafíos en la computación cuántica fotónica es generar fotones individuales a demanda y guiarlos con baja pérdida. Curiosamente, las mismas limitaciones (y soluciones) que se aplican a la fotónica de silicio clásica se aplican en la cuántica: el silicio no emite láser de forma nativa, por lo que los chips fotónicos cuánticos suelen usar procesos no lineales integrados o fuentes de puntos cuánticos para crear fotones individuales, o integran de forma híbrida materiales especializados. Los beneficios son similares: alta precisión y miniaturización. Como señala el informe de Ansys, las computadoras cuánticas usan fotones para los cálculos, y gestionar esos fotones con fotónica integrada aporta ventajas de velocidad, precisión y costo ansys.com. En la práctica, la fotónica de silicio puede proporcionar la estabilidad y capacidad de fabricación necesarias para escalar los sistemas cuánticos de experimentos de laboratorio a máquinas reales.

Aparte de la computación, los sensores fotónicos cuánticos (como los interferómetros que explotan estados cuánticos para mayor sensibilidad) y los generadores cuánticos de números aleatorios son otras áreas donde la fotónica de silicio está teniendo un impacto. Aunque la computación cuántica fotónica aún está en desarrollo y probablemente a algunos años de madurar, la fuerte inversión en este campo subraya su potencial. En 2022, un investigador líder, el Prof. John Bowers, destacó que la fotónica de silicio avanzaba rápidamente con muchas nuevas aplicaciones, incluyendo la cuántica, en el horizonte nature.com. Es previsible que las primeras computadoras cuánticas a gran escala puedan ser ópticas y construidas sobre chips fotónicos de silicio; un fascinante círculo completo donde una tecnología desarrollada inicialmente para telecomunicaciones podría permitir el próximo salto en la computación.

Tendencias y desarrollos actuales (2025)

A partir de 2025, la fotónica de silicio está ganando un impulso tremendo. Varias tendencias han convergido para llevar esta tecnología de los laboratorios y usos de nicho al sector principal de la industria tecnológica:

Cuello de botella de datos y óptica coempaquetada: La demanda insaciable de datos (especialmente de la IA y los servicios en la nube) ha convertido a los interconectores eléctricos en un serio cuello de botella. Hemos llegado al punto en que, cada vez que duplicas el ancho de banda de un interconector, necesitas reducir a la mitad la longitud del cable de cobre para mantener la integridad de la señal nextplatform.com – una compensación insostenible. Esta urgencia ha puesto el foco en enfoques como la óptica coempaquetada (CPO), donde los motores ópticos se colocan justo al lado de los ASICs de conmutadores o chips de procesador para eliminar casi toda la distancia de transmisión eléctrica. En 2023, varias empresas demostraron óptica coempaquetada en conmutadores (por ejemplo, los prototipos de conmutadores de Broadcom de 25,6 Tb/s y 51,2 Tb/s con motores fotónicos láser integrados). Las hojas de ruta de la industria sugieren que los chips de conmutador Ethernet de 51,2 Tb/s con fotónica de silicio coempaquetada deberían llegar al mercado en el próximo año o dos tanaka-preciousmetals.com, y que para alrededor de 2026–2027, probablemente veremos las primeras CPUs/GPUs que aprovechen la E/S óptica directamente nextplatform.com. En otras palabras, la era óptica de los interconectores está a punto de comenzar en sistemas prácticos. Empresas como Intel, Nvidia y Cisco están desarrollando activamente soluciones CPO. De hecho, el proyecto Tomambe de Intel y otros ya han demostrado motores fotónicos de 1,6 Tb/s integrados con chips de conmutador tanaka-preciousmetals.com. El consenso general: tras años de investigación, la óptica coempaquetada está pasando de prototipo a producto, con el objetivo de reducir el consumo de energía por bit acercando las fuentes de luz a la fuente de datos (un 30% de ahorro energético frente a los módulos enchufables, según una estimación laserfocusworld.com).
Aumento de la inversión y la actividad de startups: En los últimos años se han visto inversiones y financiamientos importantes en empresas de fotónica de silicio. Esto refleja la confianza que la industria tiene en el futuro de la tecnología. Por ejemplo, a finales de 2024, Ayar Labs recaudó una ronda Serie D de $155 millones (llevándola al estatus de “unicornio” con una valoración de más de $1 mil millones) para escalar sus soluciones de E/S óptica; notablemente, esta ronda incluyó inversiones estratégicas de Nvidia, AMD e Intel ellos mismos nextplatform.com. Asimismo, la startup de computación fotónica Lightmatter obtuvo $400 millones en financiamiento en 2024 para impulsar su plataforma óptica de aceleración de IA nextplatform.com. Otra startup, Celestial AI, que se enfoca en interconexiones ópticas para IA, no solo recaudó $175 millones a principios de 2024, sino que también adquirió la cartera de propiedad intelectual en fotónica de silicio de Rockley Photonics (una empresa de fotónica anteriormente enfocada en sensores) por $20 millones en octubre de 2024 datacenterdynamics.com. Esta adquisición le dio a Celestial AI más de 200 patentes en fotónica de silicio y señala cierta consolidación en la industria: los actores más pequeños con tecnología fotónica valiosa (Rockley había desarrollado moduladores avanzados y óptica integrada para wearables) están siendo absorbidos por empresas que apuntan a los mercados de centros de datos e IA. También vimos que HyperLight y Lightium, dos startups especializadas en chips fotónicos de niobato de litio de película delgada, atrajeron una inversión combinada de $44 millones en 2023 optics.org, lo que resalta el interés en nuevos materiales para mejorar la fotónica de silicio (los moduladores TFLN pueden ofrecer velocidades más rápidas y baja pérdida). En general, la financiación de capital de riesgo y el respaldo corporativo para las empresas de fotónica de silicio están en su punto más alto, lo que refleja la comprensión de que la tecnología óptica es fundamental para los semiconductores del futuro.
Maduración de la tecnología y crecimiento del ecosistema: Otra tendencia es la maduración del ecosistema de la fotónica de silicio. Ahora hay más fundiciones y proveedores en el juego. En el pasado, solo unos pocos actores (como Intel o Luxtera) tenían capacidades de extremo a extremo. Ahora, grandes fundiciones de semiconductores como GlobalFoundries, TSMC e incluso STMicroelectronics ofrecen líneas de proceso de fotónica de silicio o PDKs fotónicos estandarizados (Kits de Diseño de Procesos) para clientes ansys.com. Esta estandarización significa que startups o empresas más pequeñas pueden diseñar circuitos fotónicos y hacer que se fabriquen sin construir su propia fábrica, de manera análoga a como operan las empresas de chips electrónicos sin fábrica propia. Hay lanzaderas regulares de obleas multiproyecto (MPW) para chips fotónicos, donde varios diseños comparten una corrida de oblea, reduciendo drásticamente el costo de prototipado. Grupos de la industria están trabajando en soluciones de empaquetado estandarizadas (interfaces ópticas de E/S, métodos de unión de fibra) para que los chips fotónicos puedan integrarse más fácilmente en productos. El establecimiento del Instituto Americano para la Fabricación de Fotónica Integrada (AIM Photonics) ha sido un gran impulso: este consorcio público-privado estableció una fundición y línea de empaquetado de fotónica de silicio en Nueva York y recientemente recibió un programa de $321 millones por 7 años (hasta 2028) para avanzar en la fabricación de fotónica integrada en EE. UU. nsf.gov. De manera similar, en Europa, institutos de investigación como IMEC en Bélgica y CEA-Leti en Francia están proporcionando plataformas de fotónica de silicio y han fomentado un clúster de startups fotónicas. En China, la fotónica de silicio también está en auge, con empresas como InnoLight y Huawei invirtiendo en capacidades nacionales de chips fotónicos optics.org optics.org. Todos estos desarrollos indican que la fotónica de silicio ya no es una tecnología experimental – se está convirtiendo en una parte estándar de la caja de herramientas de los semiconductores.
Mayores velocidades y nuevos materiales: Tecnológicamente, estamos viendo un rápido progreso en el impulso del rendimiento de los dispositivos fotónicos de silicio. Los transceptores ópticos de 800G ya están en fase de muestreo, se han demostrado módulos de 1,6 Tb/s optics.org, y se esperan módulos enchufables de 3,2 Tb/s para 2026 optics.org. Para alcanzar estas velocidades, los ingenieros están empleando desde multiplexación por longitud de onda de 16 canales hasta formatos de modulación avanzados, aprovechando esencialmente el dominio óptico para empaquetar más bits. A nivel de dispositivo, se están integrando nuevos materiales en la fotónica de silicio para superar las limitaciones del silicio. Un ejemplo destacado es thin-film lithium niobate (TFLN) sobre silicio, que proporciona moduladores de efecto Pockels muy rápidos y con baja pérdida. Esto podría permitir moduladores que manejen anchos de banda de modulación superiores a 100 GHz, adecuados para futuros enlaces de 1,6T y 3,2T o incluso para aplicaciones cuánticas optics.org. Startups como HyperLight están comercializando estos chips híbridos LiNbO3/Si. Otros materiales en I+D incluyen barium titanate (BTO) como moduladores electro-ópticos y materiales dopados con tierras raras para láseres/amplificadores integrados optics.org. También continúa el trabajo en la integración de semiconductores III-V (InP, GaAs) sobre silicio para mejores láseres y amplificadores ópticos; por ejemplo, los láseres de puntos cuánticos cultivados directamente sobre silicio han logrado grandes avances, abordando problemas de fiabilidad que afectaron a intentos anteriores nature.com nature.com. En resumen, la paleta de materiales para la fotónica de silicio se está ampliando, lo que dará lugar a un mayor rendimiento y nuevas funcionalidades. Incluso estamos viendo microcombs (fuentes de peine de frecuencia óptica) basados en fotónica de silicio que se utilizan para aplicaciones como transmisión de datos ultrarrápida y espectroscopía precisa, algo que habría parecido inverosímil hace una década.
Aplicaciones y productos emergentes: Junto a las aplicaciones principales, están surgiendo algunos nuevos casos de uso en 2025. Uno es la computación óptica para IA (mencionada anteriormente), que está pasando de demostraciones de investigación a productos iniciales; por ejemplo, Lightelligence presentó un hardware de computación fotónica para acelerar la inferencia de IA. Otro es el de los enlaces ópticos chip a chip en encapsulados avanzados: a medida que las empresas exploran módulos multichip y chiplets, los enlaces ópticos pueden conectar estos chiplets a alta velocidad a través de un encapsulado o un interposer. Estándares como UCIe (Universal Chiplet Interconnect Express) incluso están considerando extensiones ópticas de PHY. También estamos viendo interés gubernamental: DARPA y otras agencias tienen programas para usar interconexiones fotónicas en sistemas de defensa (para procesamiento de alto nivel y enrutamiento de señales RF). Y en el ámbito de consumo, se especula que en unos pocos años podría aparecer E/S óptica en dispositivos de consumo; por ejemplo, un visor AR/VR que use un chip fotónico de silicio para enlaces de sensores de gran ancho de banda, o un cable óptico Thunderbolt para gafas AR. Aunque aún no están aquí, estas ideas ya están sobre la mesa de diseño.

En resumen, 2025 encuentra la fotónica de silicio en un punto de inflexión: están saliendo al mercado productos comerciales significativos (especialmente en redes), hay una enorme inversión en curso y el ecosistema está madurando. Cada vez está más claro que la óptica jugará un papel fundamental en la computación y la conectividad en el futuro. Como dijo un comentarista de la industria, para la segunda mitad de esta década muchos esperan que la E/S óptica pase de líneas piloto a la producción generalizada – “la generación 2025 de motores de cómputo puede que no tenga fotónica de silicio, pero la generación 2026 podría y la generación 2027 casi con seguridad la tendrá”, porque en última instancia no tenemos otra opción – “el tiempo del cobre se ha acabado.” nextplatform.com

Desafíos y limitaciones

A pesar de todo el entusiasmo, la fotónica de silicio enfrenta varios desafíos y limitaciones que investigadores e ingenieros están trabajando activamente para superar. Es una tecnología transformadora, pero no una solución mágica – al menos no todavía. Estos son los principales obstáculos:

Integrando fuentes de luz: Quizás la limitación más infame es que el silicio no es bueno generando luz. El silicio tiene una banda prohibida indirecta, lo que significa que no puede actuar como un láser ni como un LED eficiente. Como lo expresa de manera contundente el pionero en fotónica John Bowers, “El silicio es increíblemente malo como emisor de luz.” nature.com Su eficiencia interna es casi nula: aproximadamente uno de cada un millón de electrones en el silicio producirá un fotón, mientras que los semiconductores III-V como el fosfuro de indio o el arseniuro de galio pueden emitir luz con casi un 100% de eficiencia nature.com. Esto significa que, para tener láseres en un chip fotónico de silicio, normalmente se deben introducir otros materiales. Esto se puede hacer mediante integración híbrida (uniendo una pieza de oblea de InP con diodos láser sobre la oblea de silicio) o con técnicas más nuevas como el crecimiento directo de láseres III-V nanoestructurados sobre silicio. El progreso en esta área ha sido prometedor: empresas y laboratorios (Intel, UCSB, etc.) han demostrado láseres integrados híbridos a escala, y recientemente incluso láseres de puntos cuánticos cultivados en obleas de silicio de 300 mm con buena fiabilidad nature.com nature.com. Aun así, integrar láseres añade complejidad y costo. Si el láser está fuera del chip (en un módulo láser separado acoplado mediante fibra), entonces se enfrenta al desafío de acoplar eficientemente esa luz en las diminutas guías de onda del chip. En resumen, introducir luz en el chip es una tarea nada trivial. La industria está explorando soluciones como la integración heterogénea (múltiples materiales en un solo chip) e incluso enfoques novedosos como láseres de germanio-silicio bombeados eléctricamente o láseres Raman en silicio, pero estos aún están en desarrollo. A partir de 2025, la mayoría de los sistemas de fotónica de silicio utilizan láseres híbridos o láseres externos acoplados. Esta es una de las áreas clave de investigación en curso.
Fabricación y rendimiento: Los circuitos fotónicos de silicio pueden fabricarse en fábricas existentes, pero tienen requisitos diferentes a los de los chips electrónicos. Por ejemplo, la óptica requiere un control muy preciso de las dimensiones: variaciones de solo unos pocos nanómetros en el ancho o el espaciamiento de la guía de onda pueden alterar la longitud de onda de los resonadores o la fase de la luz. Lograr un alto rendimiento (es decir, un desempeño consistente en muchos chips) es un desafío. Además, integrar múltiples tipos de materiales (silicio, nitruro de silicio, III-V, metales) en un solo flujo de proceso puede introducir complejidad. Acoplar fibras al chip también es un reto de fabricación y rendimiento; alinear fibras ópticas diminutas con las facetas de la guía de onda a escala micrométrica actualmente suele requerir una alineación activa costosa. Algunos de estos pasos aún son semi-manuales en la fabricación, lo que no escala bien. Hay mucho trabajo en mejorar las técnicas de encapsulado, como el uso de unidades estandarizadas de fijación de fibras o la incorporación de acopladores de difracción que permiten que las fibras acoplen la luz desde arriba del chip más fácilmente. El encapsulado de chips combinados electrónicos + fotónicos también es complicado; por ejemplo, si tienes un dado fotónico y un ASIC electrónico en el mismo paquete, necesitas alinearlos y también gestionar el calor (ya que la electrónica caliente puede afectar la fotónica). Ansys señala que si la electrónica y la fotónica comparten un chip, el enfoque de fabricación debe equilibrar las necesidades de cada uno, y si son chips separados, se necesita un encapsulado avanzado – “la generación de calor en la electrónica puede afectar la fotónica.” ansys.com El ajuste térmico es otro problema: muchos filtros y moduladores fotónicos de silicio dependen de efectos térmicos, por lo que los cambios de temperatura pueden desajustar los circuitos, requiriendo energía para estabilizarlos. Todo esto complica la fabricación y aumenta el costo.
Costo y volumen: Hablando de costos: aunque la fotónica de silicio promete bajo costo aprovechando las fábricas de silicio de alto volumen, la realidad actual es que estos dispositivos siguen siendo relativamente de nicho y costosos. La industria envía millones de unidades (como transceptores en centros de datos), pero para que los costos realmente bajen, probablemente necesitaría enviar miles de millones de unidades anualmente ansys.com. En otras palabras, aún no ha alcanzado la escala de la electrónica de consumo masivo. Los dispositivos a menudo también requieren empaquetado especializado (como se mencionó) y pruebas, lo que añade costo. Un transceptor fotónico de silicio actual para centros de datos puede costar cientos o miles de dólares, lo cual es aceptable para ese mercado pero demasiado alto para los mercados de consumo. La economía es un poco incierta a escalas muy grandes; como señaló un informe, los grandes compradores de la nube se preocupan por la confiabilidad y la estructura de costos si adoptaran ampliamente la fotónica de silicio, ya que la tecnología aún no ha alcanzado la curva de aprendizaje de fabricación del silicio convencional nextplatform.com. Sin embargo, los costos están mejorando de forma constante, y esfuerzos como los PDK estándar de fundición y la automatización están ayudando. En los próximos años, a medida que aumente el volumen (impulsado por la IA y los centros de datos), deberíamos ver una reducción de costos, lo que a su vez abrirá más mercados (es un círculo virtuoso una vez que comienza). Aun así, en 2025 el costo por dispositivo puede ser un factor limitante para la adopción de la fotónica de silicio en aplicaciones sensibles al costo.
Consumo de energía y eficiencia: Si bien la fotónica de silicio puede reducir el consumo de energía para la transferencia de datos a muy altas velocidades, los propios dispositivos aún consumen energía; por ejemplo, los moduladores suelen usar ajuste térmico o uniones PN que consumen corriente, y los láseres, por supuesto, consumen energía. Hay una sobrecarga al convertir señales electrónicas a ópticas y viceversa. Para que realmente ahorre energía a nivel de sistema, esas sobrecargas deben ser menores que el ahorro por eliminar enlaces eléctricos largos. Los transceptores fotónicos de silicio actuales son bastante eficientes energéticamente (del orden de unos pocos picojulios por bit para la conversión óptica), pero se busca reducir aún más, especialmente si se utiliza E/S óptica en chip o en buses de memoria donde la eficiencia debe ser muy alta. Un enfoque prometedor es el uso de materiales electro-ópticos (como LiNbO3 o BTO) que pueden modular la luz con voltajes muy bajos (y por lo tanto menor consumo) en lugar de ajuste térmico. Además, integrar fuentes de luz más eficientes (como láseres de puntos cuánticos) podría reducir el desperdicio de energía láser (los láseres actuales de retroalimentación distribuida a menudo desperdician mucha energía en forma de calor). Así que, aunque la fotónica de silicio aborda el problema de consumo de energía en los interconectores a gran escala, a nivel micro los ingenieros aún están optimizando el consumo de energía dispositivo por dispositivo. La buena noticia: incluso con la tecnología actual, la óptica coempaquetada puede reducir el consumo total de energía de los interconectores en ~30% frente a los tradicionales enchufables laserfocusworld.com, y es probable que las mejoras futuras aumenten estas ganancias.
Diseño y Herramientas de Diseño: Este es un desafío menos obvio pero importante: diseñar circuitos fotónicos es una nueva habilidad, y las EDA (Electronic Design Automation) tools para fotónica no son tan maduras como las de electrónica. Simular circuitos ópticos, especialmente los grandes con muchos componentes, puede ser complejo. La variabilidad en la fabricación debe tenerse en cuenta en el diseño (puede que necesites sintonizadores térmicos para corregir pequeños errores). Se necesita mejores herramientas de diseño que puedan co-optimizar las partes electrónicas y fotónicas del circuito, a menudo llamadas EPDA (Electronic Photonic Design Automation). El ecosistema está alcanzando el ritmo – empresas como Synopsys, Cadence y Lumerical (Ansys) tienen herramientas para diseño fotónico – pero sigue siendo un campo en evolución. Un problema relacionado es la falta de estándares en algunas áreas: aunque muchas fundiciones ofrecen PDKs, cada una puede tener diferentes bibliotecas de componentes y parámetros. Esto puede hacer que los diseños sean menos portables que los electrónicos. La industria se está moviendo hacia estándares comunes (por ejemplo, el formato de intercambio de diseño para circuitos fotónicos, o modelos de componentes estandarizados), pero se necesita más trabajo para agilizar el flujo de diseño. También es crucial construir una sólida cantera de talento: se necesitan ingenieros que comprendan tanto el diseño analógico estilo RF/microondas como la física óptica, y hay escasez de ellos (aunque muchas universidades ahora están formando graduados en esta disciplina cruzada).
Limitaciones de Rendimiento: Aunque la fotónica de silicio mejora drásticamente ciertos parámetros, tiene sus propias limitaciones físicas. Pérdida óptica en las guías de onda, aunque baja (~dB/cm), se acumula en circuitos grandes, y las curvas cerradas o características pequeñas pueden aumentar la pérdida. También hay que minimizar la pérdida de acoplamiento fibra-chip. La sensibilidad térmica del silicio (el índice de refracción cambia con la temperatura) significa que muchos circuitos fotónicos de silicio necesitan estabilización o calibración. Limitaciones de ancho de banda pueden surgir en moduladores o detectores – por ejemplo, los moduladores de anillo de silicio tienen un ancho de banda finito y pueden ser sensibles a la temperatura, mientras que los moduladores Mach-Zehnder necesitan una ingeniería cuidadosa para lograr velocidades muy altas sin distorsión. Dispersión cromática en las guías de onda podría limitar aplicaciones de longitud de onda muy amplia (aunque normalmente no es un problema en las distancias cortas del chip). Otro punto sutil: la integración electrónico-fotónica significa que a menudo hay que co-diseñar la electrónica (como amplificadores de salida, TIAs para detectores) con la fotónica. La interfaz entre ellos puede limitar el rendimiento general (por ejemplo, si un modulador necesita cierto rango de voltaje, necesitas un driver que pueda entregarlo rápidamente). Así que la ingeniería de sistemas es compleja. Además, no todas las aplicaciones justifican la fotónica – para enlaces muy cortos y de baja velocidad, lo eléctrico puede seguir siendo más barato y sencillo. Así que saber dónde desplegar la fotónica de silicio para obtener el máximo beneficio es en sí mismo una consideración.

En resumen, aunque ninguno de estos desafíos es un obstáculo insalvable, en conjunto significan que la fotónica de silicio aún tiene que evolucionar. Muchas de las mentes más brillantes en fotónica y electrónica están abordando activamente estos problemas: integrando mejores láseres, mejorando el empaquetado, escalando la producción y ampliando las capacidades de diseño. El progreso incluso en los últimos años es alentador. Como señaló el Prof. Bowers, desafíos como la integración de láseres III-V en CMOS, la mejora de los rendimientos y la conexión de fibra, y la reducción de costos están siendo abordados con “progresos… muy rápidos.” nature.com Cada año trae mejoras, y la brecha entre el prototipo de laboratorio y la producción en masa se va reduciendo un poco. Vale la pena recordar que los CI electrónicos requirieron décadas de esfuerzo intenso para alcanzar la escala actual; la fotónica de silicio, en comparación, está en una fase mucho más temprana de su recorrido, pero está avanzando rápidamente.

Empresas e Instituciones Líderes en el Campo

La fotónica de silicio se ha convertido en un esfuerzo global, con muchas empresas (desde startups hasta gigantes tecnológicos) e instituciones de investigación impulsando el campo. Según la investigación de mercado, los principales actores en el mercado de la fotónica de silicio (a partir de 2025) incluyen pesos pesados de la industria como Cisco, Intel y IBM, junto a especialistas como NeoPhotonics (Lumentum), Hamamatsu Photonics y STMicroelectronics expertmarketresearch.com. Aquí hay una visión general de algunos de los principales contribuyentes:

Intel Corporation (EE. UU.): Pionera en fotónica de silicio, Intel invirtió temprano y fuertemente en la tecnología. Introdujo uno de los primeros transceptores fotónicos de silicio de 100G en 2016 y ha enviado millones de dispositivos desde entonces optics.org. Intel utiliza la fotónica de silicio en transceptores ópticos de alta velocidad y está impulsando su uso en futuras CPU de servidores y aplicaciones en el edge. La visión de la compañía es “permitir el crecimiento futuro del ancho de banda en centros de datos” con fotónica, escalando de 100G a 400G y más allá, e integrar óptica con procesadores para aplicaciones como 5G y vehículos autónomos expertmarketresearch.com, tanaka-preciousmetals.com. La división de Silicon Photonics de Intel se asoció recientemente con Jabil para la fabricación, lo que indica una maduración hacia la producción a gran volumen optics.org. Intel también está investigando óptica coempaquetada para switches y tiene participación en numerosas startups de fotónica (como Ayar Labs).
Cisco Systems (EE. UU.): Cisco, un gigante de las redes, entró en la fotónica de silicio a través de adquisiciones (por ejemplo, la adquisición de Luxtera en 2019) y ahora es un proveedor líder de transceptores ópticos fotónicos de silicio para centros de datos y telecomunicaciones. Cisco utiliza su tecnología fotónica en productos que van desde módulos enchufables de 100G/400G hasta futuros switches ópticos coempaquetados. Las soluciones de Cisco se benefician del diseño interno de circuitos integrados fotónicos que logran alta densidad y eficiencia energética. Al aprovechar la fotónica de silicio, Cisco ofrece a sus clientes interconexiones de alta velocidad con factores de forma más pequeños. En 2025, Cisco es uno de los líderes del mercado que envía fotónica de silicio en volumen expertmarketresearch.com.
IBM Corporation (EE. UU.): IBM tiene una larga trayectoria en investigación de interconexiones ópticas. Su equipo de Silicon Photonics, con más de una década de I+D, ha desarrollado tecnología de enlaces ópticos de alta velocidad orientada a interconexiones a nivel de placa y procesador expertmarketresearch.com. La investigación de IBM ha producido avances en moduladores de microrresonadores de silicio, multiplexación por longitud de onda y empaquetado. Aunque IBM no vende transceptores como Intel o Cisco, a menudo colabora en prototipos (por ejemplo, IBM y Mellanox mostraron una interconexión óptica para servidores en 2015). El énfasis de IBM está en usar la fotónica para resolver cuellos de botella en la computación (por ejemplo, el procesador POWER10 utiliza enlaces fotónicos para señalización fuera del chip mediante asociaciones). IBM también contribuye a estándares e investigación abierta; su trabajo suele aparecer en conferencias como OFC y CLEO.
NeoPhotonics/Lumentum (EE. UU.): NeoPhotonics (ahora parte de Lumentum desde 2022) se especializa en láseres y componentes fotónicos para telecomunicaciones y centros de datos. Han desarrollado láseres sintonizables de luz ultrapura y moduladores de alta velocidad. Cabe destacar que NeoPhotonics introdujo subconjuntos ópticos coherentes fotónicos de silicio (COSAs) para comunicaciones de 400G por longitud de onda, y estaba investigando 800G y más allá expertmarketresearch.com. Como parte de Lumentum (un actor importante en la industria óptica), esta experiencia está contribuyendo a la próxima generación de transceptores coherentes y pluggables para telecomunicaciones. La propiedad de Lumentum significa que estos productos de fotónica de silicio pueden integrarse con el portafolio fotónico existente de Lumentum (por ejemplo, sus moduladores y amplificadores de fosfuro de indio).
Hamamatsu Photonics (Japón): Líder en componentes optoelectrónicos, Hamamatsu fabrica una amplia gama de dispositivos fotónicos (fotodiodos, fotomultiplicadores, sensores de imagen, etc.). Hamamatsu ha adoptado procesos de silicio para producir cosas como matrices de fotodiodos de silicio y sensores ópticos basados en silicio expertmarketresearch.com. Aunque no está tan enfocado en transceptores de alta velocidad, el trabajo de Hamamatsu en fotónica de silicio es crucial en la detección y la instrumentación científica. Proporcionan fotodiodos PIN de silicio, APD y chips de sensores ópticos que son fundamentales para receptores de comunicación óptica y detectores LiDAR. Su experiencia en fotónica de bajo ruido y alta sensibilidad complementa el lado de las comunicaciones digitales de la fotónica de silicio.
STMicroelectronics (Suiza/Europa): STMicro es un gran fabricante de semiconductores que ha desarrollado su propia capacidad de fotónica de silicio. El enfoque de STMicro ha sido soluciones integradas de imagen y detección; por ejemplo, han producido chips fotónicos de silicio para giróscopos de fibra óptica y han trabajado en I+D de interconexión óptica en consorcios europeos. Las fábricas avanzadas y la capacidad MEMS de STMicro lo posicionan bien para la fotónica de silicio que requiere integración con otros sensores o electrónica expertmarketresearch.com. Países como Francia e Italia (donde ST tiene grandes operaciones) apoyan la fotónica a través de iniciativas, y ST suele ser socio en ellas. También se rumorea que suministran algunos componentes fotónicos de silicio para sistemas industriales y automotrices.
GlobalFoundries (EE. UU.) y TSMC (Taiwán): Estos fabricantes de chips por contrato han establecido cada uno ofertas de fotónica de silicio. GlobalFoundries tiene un conocido proceso de fotónica de silicio de 45 nm (GF 45CLO) y se ha asociado con startups como Ayar Labs para fabricar chips de E/S óptica. TSMC ha sido más reservado, pero se informa que está trabajando con grandes empresas tecnológicas para construir chips integrados fotónicos (por ejemplo, algunos rumores sobre Apple sugieren la participación de TSMC en sensores fotónicos). Ambos son fundamentales para escalar la producción: tener grandes fundiciones involucradas significa que cualquier empresa fabless puede obtener prototipos y producción en volumen de chips fotónicos más fácilmente. De hecho, la participación de fundiciones como estas es un fuerte indicador de que la fotónica de silicio se está volviendo convencional.
Infinera (EE. UU.) y Coherent/II-VI (EE. UU.): Infinera es un fabricante de equipos de telecomunicaciones que desde el principio apostó por los circuitos integrados fotónicos (aunque en fosfuro de indio). Desde entonces, se han adaptado para usar también fotónica de silicio en algunos productos o para el co-empaquetado con sus PICs de InP. Coherent (que adquirió Finisar y luego adoptó el nombre Coherent) está profundamente involucrada en componentes ópticos; tienen sus propias fábricas de InP pero también desarrollan transceptores fotónicos de silicio para centros de datos optics.org. Estas empresas aportan un enfoque de grado telecomunicaciones en fiabilidad y rendimiento, impulsando la fotónica de silicio para cumplir con los requisitos de clase operadora (por ejemplo, módulos 400ZR para enlaces coherentes a distancia).
Ayar Labs, Lightmatter y startups: Una ola de startups innovadoras está impulsando la fotónica de silicio hacia nuevas áreas. Hablamos de Ayar Labs (E/S óptica para IA/HPC) y Lightmatter (computación óptica). Otros incluyen Lightelligence (otra startup de chips ópticos para IA), Luminous Computing (integrando fotónica y electrónica para IA), Celestial AI (redes ópticas para clústeres de computación), OpenLight (una empresa conjunta que ofrece una plataforma fotónica abierta con láseres integrados), y Rockley Photonics (enfocada en sensores de salud, ahora mayormente adquirida por Celestial). Estas startups son notables por sus enfoques ambiciosos – por ejemplo, el núcleo tensor fotónico 3D-integrado de Lightmatter o el intento de Luminous de construir una computadora fotónica de pila completa. A menudo colaboran con grandes empresas (por ejemplo, HPE se asoció con Ayar Labs para usar interconexiones ópticas en una red de interconexión de supercomputadoras nextplatform.com). El ecosistema de startups es vibrante, y su presencia ha impulsado a los incumbentes a moverse más rápido. Un observador de la industria señaló que junto con Ayar, empresas como Lightmatter y Celestial AI “todas tienen la oportunidad de abrirse camino a medida que la fotónica de silicio sirve de puente entre los motores de computación y las interconexiones.” nextplatform.com
Instituciones académicas y de investigación: En el ámbito institucional, las principales universidades y laboratorios nacionales son cruciales para el avance de la fotónica de silicio. La Universidad de California, Santa Bárbara (UCSB) bajo la dirección del Prof. John Bowers ha sido una potencia, pionera en láseres híbridos de silicio y láseres de puntos cuánticos en silicio. MIT, Stanford, Columbia (con el grupo de la Prof. Michal Lipson) y Caltech son otros centros destacados de investigación en fotónica de silicio en EE. UU., trabajando en todo, desde nueva física de moduladores hasta arquitecturas de computación fotónica. En Europa, IMEC en Bélgica dirige un destacado programa de fotónica de silicio y un servicio de obleas multiproyecto (iSiPP), y la Universidad de Southampton, TU Eindhoven, EPFL y otros tienen grupos sólidos. El instituto AIM Photonics en EE. UU. (mencionado anteriormente) reúne a muchas de estas universidades y empresas para colaborar y proporciona una capacidad nacional de fundición. Laboratorios gubernamentales como MIT Lincoln Lab e IMEC incluso han demostrado fotónica integrada sofisticada para defensa (por ejemplo, arreglos de fase óptica para LiDAR). Además, colaboraciones y conferencias internacionales (como la Optical Fiber Conference, ISSCC, reuniones de la IEEE Photonics Society) permiten a estas instituciones compartir avances. El campo se beneficia de un saludable vínculo academia-industria: muchos fundadores de startups y líderes de la industria se formaron en estos laboratorios de investigación, y la investigación académica continua sigue ampliando los límites (por ejemplo, integración de nuevos materiales o fotónica cuántica, como se mencionó).

Todos estos actores – grandes empresas tecnológicas, fabricantes especializados de componentes, startups ambiciosas y laboratorios de investigación de vanguardia – forman un ecosistema rico que impulsa colectivamente la fotónica de silicio. La competencia y colaboración entre ellos están acelerando la innovación. Cabe destacar que incluso la geopolítica juega un papel: existe conciencia de una carrera entre EE. UU., Europa y China por liderar las tecnologías fotónicas csis.org, dada su importancia estratégica para las comunicaciones y la computación. Esto ha llevado a un aumento de las inversiones públicas (por ejemplo, PhotonHub de la UE e iniciativas nacionales de fotónica en China). Para el entusiasta tecnológico general, la conclusión es que muchas personas inteligentes y recursos considerables a nivel mundial están volcándose en lograr que los chips del futuro se comuniquen con luz.

Perspectivas y citas de expertos

A lo largo del auge de la fotónica de silicio, los expertos en el campo han ofrecido perspectivas que ayudan a contextualizar su impacto. Aquí algunas ideas destacadas:

Sobre el cambio de paradigma en la fotónica de silicio: “A menudo he descrito la fotónica de silicio como algo más que una mejora incremental — es un cambio de paradigma,” dice René Jonker, ejecutivo de Soitec, enfatizando que, a diferencia de los interconectores de cobre que están llegando a sus límites, los enlaces ópticos ofrecen una forma sostenible de manejar la creciente demanda de datos. Aunque aún quedan desafíos para reducir costos y escalar la fabricación, los beneficios – “mayor ancho de banda, menor latencia y menor consumo de energía” – hacen que la fotónica de silicio sea “una parte indispensable de nuestra infraestructura futura.” laserfocusworld.com
Sobre la energía y la óptica en los centros de datos: Un comentario de Laser Focus World de 2025 destacó la urgencia en los centros de datos: para finales de la década, los centros de datos podrían consumir el 8% de la electricidad de EE. UU. si las tendencias continúan, lo cual es “insostenible con los interconectores eléctricos existentes.” El autor concluyó que “los interconectores ópticos, habilitados por la fotónica de silicio, son el único camino escalable hacia adelante.” laserfocusworld.com En otras palabras, para evitar una crisis de energía y ancho de banda, pasar a enlaces ópticos no es solo una opción, es necesario.
Sobre los desafíos de integración: El profesor John Bowers (UCSB), una eminencia en fotónica, comentó sobre el mayor desafío: “El principal desafío es la integración de materiales III–V en CMOS de silicio… Quedan problemas de altos rendimientos, alta confiabilidad, reducción de costos y conexión de fibra. El empaquetado de electrónica y fotónica juntos es un reto… Pero el progreso es muy rápido.” nature.com Esto subraya que, aunque integrar láseres (materiales III–V) y lograr rendimientos perfectos es difícil, los líderes de la industria como Intel están avanzando constantemente y las soluciones están en el horizonte.
Sobre la emisión de luz en silicio: En la misma entrevista, Bowers dio una explicación gráfica de por qué los láseres necesitan algo más que silicio: “El silicio es increíblemente malo como emisor de luz. Su eficiencia cuántica interna es de aproximadamente una parte en un millón, mientras que la eficiencia de un III–V de banda prohibida directa es esencialmente del 100%. Supe desde el principio que necesitamos un semiconductor de banda prohibida directa…” nature.com. Esta evaluación franca explica por qué su equipo buscó láseres híbridos (uniendo InP a Si) desde el principio, un enfoque que dio frutos con el láser híbrido de silicio de Intel en 2007 y más allá.
Alcanzando el servidor con óptica: Robert Blum, Director Senior de Fotónica en Intel, ilustró cómo la óptica está avanzando hacia el interior de los centros de datos: “Cuando entras a un centro de datos hoy, verás cables de cobre de 100 Gb/s… bien para cuatro metros. Pero todo lo que está más allá del rack ya utiliza óptica. A medida que aumentamos a 200 o 400 Gb/s, [el] alcance del cobre se vuelve mucho más corto y empezamos a ver esta tendencia donde la óptica llega hasta el servidor.” tanaka-preciousmetals.com Esta cita captura vívidamente la transición en curso: la óptica está reemplazando de manera constante al cobre desde el núcleo de la red hacia los bordes.
Sobre el crecimiento del mercado y la IA: “El auge de la IA ha impulsado una demanda sin precedentes de transceptores de alto rendimiento… La fotónica de silicio y los PIC están a la vanguardia de esta revolución,” observa Sam Dale, analista tecnológico en IDTechX, señalando la capacidad de la fotónica de silicio para ofrecer “velocidades de 1.6 Tbps y más allá.” optics.org Su informe predice que el mercado de circuitos integrados fotónicos podría crecer casi diez veces para 2035 (hasta $54 mil millones), impulsado en gran medida por las necesidades de centros de datos de IA optics.org.
Sobre el futuro de la computación: Analistas de The Next Platform prevén que la E/S óptica llegará a los sistemas HPC de manera inminente. Señalan que para 2026–2027, probablemente veremos CPUs/GPUs convencionales con interfaces ópticas, porque “a corto plazo, no tenemos otra opción.” En su colorida expresión, “El tiempo del cobre se ha acabado.” nextplatform.com Esto resume un sentimiento común en la industria: los enlaces eléctricos no serán suficientes para la próxima era de la computación, y la fotónica debe tomar el relevo para evitar llegar a un límite.

Estas ideas de expertos subrayan tanto las promesas como los desafíos de la fotónica de silicio. Hay un tema constante: la fotónica de silicio es transformadora – permite un salto necesario en el rendimiento – pero viene acompañada de serios retos tecnológicos que se están abordando rápidamente. Los expertos destacan una mezcla de optimismo (el cambio de paradigma, el futuro indispensable) y realismo (problemas de integración, preocupaciones de costo y escalabilidad). Sus perspectivas ayudan a que una audiencia general aprecie por qué tantas empresas e investigadores están entusiasmados con la fotónica de silicio, y también por qué ha tomado un par de décadas poner en marcha esta tecnología. Escucharlo de las voces de quienes están en la primera línea – ya sea un investigador veterano o un gerente de producto – da contexto de que este es un campo donde la física, la ingeniería y las fuerzas del mercado se cruzan de maneras fascinantes.

Noticias y hitos recientes

El panorama de la fotónica de silicio es muy dinámico. Aquí algunos destacados de noticias recientes y logros (del último año aproximadamente) que ilustran el rápido progreso del campo:

Celestial AI adquiere la propiedad intelectual de Rockley Photonics (octubre de 2024): Celestial AI, una startup que desarrolla interconexiones ópticas Photonic Fabric™ para IA, anunció que adquirió la cartera de patentes de fotónica de silicio de Rockley Photonics por $20 millones datacenterdynamics.com. Rockley había desarrollado sensores fotónicos de silicio avanzados y se había orientado hacia wearables de salud antes de enfrentar la bancarrota. Este acuerdo le dio a Celestial AI más de 200 patentes, incluyendo tecnología para moduladores electro-ópticos y conmutación óptica útil en aplicaciones de centros de datos datacenterdynamics.com. Es una consolidación significativa, que indica cuán valiosa se ha vuelto la propiedad intelectual en fotónica en el espacio de IA/centros de datos. Las innovaciones de Rockley (como los láseres de banda ancha para detección) pueden encontrar nueva vida integradas en las soluciones de interconexión óptica de Celestial.
Financiamiento importante para startups – Ayar Labs y Lightmatter (finales de 2024): Dos startups estadounidenses lograron grandes rondas de financiamiento. Ayar Labs cerró una Serie D de $155 millones en diciembre de 2024, con la participación de líderes de la industria de semiconductores (Nvidia, Intel, AMD participaron junto a fondos de capital de riesgo) nextplatform.com. Esta ronda elevó la valoración de Ayar por encima de $1 mil millones, señalando confianza en su tecnología de E/S óptica integrada que busca reemplazar la E/S eléctrica en futuros procesadores. Solo unas semanas antes, Lightmatter recaudó $400 millones en Serie D (octubre de 2024), duplicando su financiamiento total y valorándola en $4.4 mil millones nextplatform.com. Lightmatter ha estado desarrollando chips de computación fotónica y tecnología de interposer óptico para aceleración de IA. Inversiones tan grandes son notables: muestran que los inversores (y socios estratégicos) creen que estas startups pueden resolver problemas críticos en IA y computación con tecnología óptica. También significa que podemos esperar que estas empresas pasen de prototipos a productos; de hecho, Lightmatter ha estado desplegando sistemas de prueba y los chiplets ópticos de Ayar están programados para uso piloto en sistemas HPC.
Intel externaliza transceptores a Jabil (finales de 2023): En un giro interesante, Intel a finales de 2023 decidió transferir su negocio de transceptores fotónicos de silicio de alto volumen a Jabil, un socio de fabricación optics.org. Intel había enviado más de 8 millones de chips transceptores fotónicos desde 2016 optics.org – estos se utilizan para conectividad 100G/200G en centros de datos. Al entregar la producción a Jabil (un fabricante por contrato), Intel señaló un cambio estratégico: se enfocará en integrar la fotónica con sus plataformas principales (como óptica coempaquetada y fotónica en procesadores) mientras deja que un socio maneje el mercado de transceptores comoditizados. Este movimiento también refleja una industria en maduración: lo que era tecnología de punta hace unos años (pluggables 100G) ahora es lo suficientemente rutinario como para externalizarse. Jabil, por su parte, está desarrollando la fabricación óptica, lo que podría servir potencialmente a otros clientes también. La colaboración entre Intel y Jabil fue destacada como un desarrollo clave de la industria por analistas optics.org, señalándolo como parte de la evolución del ecosistema.
InnoLight presenta módulo de 1,6 Tb/s (finales de 2023): En la carrera por mayores velocidades, InnoLight, una empresa china de transceptores ópticos, anunció que había logrado un prototipo de transceptor óptico de 1,6 terabits por segundo optics.org. Esto probablemente implica múltiples longitudes de onda (por ejemplo, 16×100G u 8×200G canales) en una plataforma fotónica de silicio. Alcanzar 1,6 Tb/s en un solo módulo un año antes que algunos competidores muestra la creciente destreza de China en fotónica de silicio. El módulo de InnoLight podría usarse para enlaces ascendentes de switches top-of-rack o para conectar sistemas de IA. También es una señal de que los módulos de 3,2 Tb/s (que usarían, por ejemplo, 8 longitudes de onda de 400G cada una) no están lejos; de hecho, IDTechX pronostica módulos de 3,2 Tb/s para 2026 optics.org. Este fue un récord que acaparó titulares y que subraya la intensa competencia global; Coherent (EE. UU.) y otros también están trabajando en diseños de 1,6T y 3,2T optics.org.
Progreso del chip cuántico fotónico de PsiQuantum (2024): En el ámbito cuántico, PsiQuantum (que es reservada pero se sabe que trabaja con GlobalFoundries) publicó un estudio que describe una ruta hacia una computadora cuántica fotónica tolerante a pérdidas, y anunció un chip llamado “Omega” para su arquitectura cuántica fotónica thequantuminsider.com. Aunque aún no es un producto comercial, esto demuestra que el hardware de computación cuántica fotónica está avanzando, con la fotónica de silicio como núcleo. El enfoque de PsiQuantum requiere la integración de miles de fuentes y detectores de fotones individuales. La novedad aquí es la validación de la fabricabilidad: un artículo en Nature en 2022 demostró componentes clave (fuentes, filtros, detectores) en un solo chip fotónico de silicio que podría escalarse nature.com. Esto sugiere que están en camino de lograr un hito alrededor de mediados de la década de 2020 a principios de la de 2030 para un prototipo de computadora cuántica óptica de un millón de cúbits (su objetivo a largo plazo). Estos desarrollos, aunque de nicho, son observados de cerca ya que podrían redefinir la computación de alto nivel.
Startups de fotónica de niobato de litio financiadas (2023): Como se mencionó, dos startups que se centran en integrar LiNbO₃ con fotónica de silicio, HyperLight (EE. UU.) y Lightium (Suiza), recaudaron un total de 44 millones de dólares en 2023 optics.org. La noticia de la financiación fue notable porque destaca una tendencia: añadir nuevos materiales a la fotónica de silicio para superar barreras de rendimiento. Estas empresas promueven moduladores que pueden operar con mayor linealidad y en un amplio rango de longitudes de onda (del visible al infrarrojo medio) con muy baja pérdida optics.org. La aplicación inmediata podría ser moduladores ultrarrápidos para comunicaciones o dispositivos especializados para fotónica cuántica y de RF. El punto más amplio es que la comunidad inversora también está apoyando la innovación en materiales en fotónica, no solo a las startups de transceptores más evidentes. Es una señal de que incluso los avances en ciencia de materiales (como TFLN sobre aislante) pueden pasar rápidamente a startups y productos en este campo.
Actualizaciones de Estándares y Consorcios (2024–25): Ha habido avances en el frente de la estandarización. El Continuous-Wave WDM MSA (un consorcio que define módulos estándar de fuentes de luz para óptica coempaquetada) entregó especificaciones iniciales para fuentes láser comunes que pueden alimentar múltiples chips fotónicos. Esto es importante para garantizar la compatibilidad entre múltiples proveedores para la óptica coempaquetada. Además, el consorcio UCIe (para interconexión de chiplets) formó un grupo de trabajo óptico para considerar cómo podrían estandarizarse los enlaces ópticos de chiplets. Mientras tanto, organizaciones como COBO (Consortium for On-Board Optics) y CPO Alliance han estado realizando cumbres (por ejemplo, en OFC 2024) discutiendo mejores prácticas para la óptica coempaquetada ansys.com. Todo esto para decir que la industria reconoce la necesidad de armonizar interfaces y evitar una fragmentación que podría ralentizar la adopción. Noticias recientes de IEEE también indicaron avances en los estándares de Ethernet 1.6T y estándares de interfaz óptica relacionados que asumen el uso de tecnologías fotónicas de silicio.
Lanzamientos de Productos: En el lado de los productos, estamos viendo hardware real saliendo al mercado:
- Módulos Enchufables 800G: Varios proveedores (Intel, Marvell/Inphi, etc.) comenzaron a muestrear módulos 800G QSFP-DD y OSFP en 2024 que utilizan fotónica de silicio en su interior. Es probable que estos se implementen en switches y redes de 2025.
- Kits de Demostración CPO: Empresas como Ranovus e IBM demostraron kits de desarrollo de óptica coempaquetada, un precursor de los productos CPO comerciales. Por ejemplo, se mostró funcionando el prototipo de investigación de un switch coempaquetado de IBM, y Ranovus tiene un módulo CPO con 8×100G longitudes de onda.
- Productos de Lidar Fotónico de Silicio: Innovusion (China) y Voyant Photonics (EE. UU.) anunciaron avances en su LiDAR fotónico de silicio. El último LiDAR de Innovusion para vehículos utiliza algunos componentes fotónicos de silicio para lograr FMCW a un costo competitivo. Voyant, una startup surgida de la investigación de la Universidad de Columbia, está vendiendo en realidad un pequeño módulo LiDAR de estado sólido basado en fotónica de silicio para uso en drones y robots.
- Chiplets de E/S Óptica: Para mediados de 2025, Ayar Labs planea tener su chiplet de E/S óptica TeraPHY y fuente láser SuperNova en pruebas iniciales con clientes, entregando un enlace óptico de 8 Tbps para sistemas HPC. Si esto sigue en marcha, podría ser uno de los primeros despliegues de E/S óptica en un sistema informático (probablemente en un laboratorio gubernamental o supercomputadora piloto para 2025–26).

El ritmo de las noticias recientes pinta un panorama de un campo que avanza rápidamente en múltiples frentes: desde avances en velocidad (óptica 1.6T) hasta grandes movimientos estratégicos (externalización de Intel, grandes rondas de financiación) y despliegues pioneros (motores ópticos para IA). Es un momento emocionante, porque estos desarrollos indican que la fotónica de silicio está pasando de ser una tecnología prometedora a una realidad comercial con un impacto creciente en productos e industrias.

Para un público general, la conclusión clave de todas estas noticias es que la fotónica de silicio no es una promesa lejana: está ocurriendo ahora. Las empresas están invirtiendo dinero y recursos en ello, hay productos reales en el mercado, y cada trimestre trae nuevos hitos que superan los récords anteriores. Es un campo que avanza rápidamente, y hasta los lectores más entendidos en tecnología podrían sorprenderse de lo rápido que han llegado cosas como los “chiplets ópticos” o los “módulos de 1,6 terabits”. Las noticias también destacan que se trata de una carrera global —con actividad significativa en EE. UU., Europa y Asia— y que abarca desde startups de tecnología profunda hasta las mayores empresas de chips y proveedores de redes.

Perspectivas futuras y predicciones

De cara al futuro, el panorama de la fotónica de silicio parece sumamente prometedor, con el potencial de redefinir la computación y las comunicaciones en la próxima década. Aquí algunas predicciones y expectativas sobre lo que depara el futuro:

Adopción generalizada en la computación: Para finales de la década de 2020, podemos esperar que la fotónica de silicio sea una característica estándar en los sistemas de computación de alto nivel. Como se mencionó, para 2026–2027 deberían aparecer las primeras CPU, GPU o aceleradores de IA con E/S óptica integrada nextplatform.com. Inicialmente, esto podría darse en mercados especializados (supercomputadoras, sistemas de trading de alta frecuencia, clústeres de IA de vanguardia), pero abrirán el camino para una adopción más amplia. Una vez que la tecnología esté probada y aumente el volumen, la E/S óptica podría llegar a servidores y dispositivos más convencionales en la década de 2030. Imagina servidores en rack donde cada CPU tenga puertos de fibra óptica directamente en el encapsulado, conectándose a un switch óptico de rack superior; esto podría volverse común. El cuello de botella de la memoria también podría abordarse con enlaces ópticos —por ejemplo, conectando módulos de memoria ópticamente a los procesadores para permitir mayor ancho de banda a distancia (algunos investigadores hablan de “desagregación óptica de memoria” para grandes grupos de memoria compartida). En resumen, el centro de datos del futuro (y, por extensión, los servicios en la nube del futuro) probablemente se construirá sobre una red de interconexiones ópticas en todos los niveles, habilitada por la fotónica de silicio.
Redes de Terabit para Todos: La capacidad de los enlaces de red seguirá avanzando a pasos agigantados. Estamos hablando de 1,6 Tb/s, 3,2 Tb/s, incluso 6,4 Tb/s en transceptores ópticos en un solo módulo para principios de la década de 2030. Estas velocidades son asombrosas: un enlace de 3,2 Tb/s podría transferir una película 4K en una fracción de milisegundo. Aunque esas velocidades se usarán en los núcleos de centros de datos y redes de telecomunicaciones, indirectamente benefician a los consumidores (internet más rápido, servicios en la nube más robustos). Para 2035, los analistas pronostican que el mercado de circuitos integrados fotónicos alcanzará más de 50 mil millones de dólares, en gran parte gracias a estos transceptores para IA y centros de datos optics.org. Podríamos ver que 800G y 1.6T se conviertan en el nuevo 100G, es decir, que sean los enlaces de trabajo en las redes. Y a medida que aumente el volumen, el costo por bit bajará, haciendo que la conectividad de alta velocidad sea más barata y ubicua. Es plausible que incluso los dispositivos de consumo (como, por ejemplo, un visor de realidad virtual que necesite un enlace de muy alto ancho de banda a una PC o consola) puedan emplear un cable USB óptico o Thunderbolt óptico para transportar decenas o cientos de gigabits sin latencia ni pérdida.
Revolucionando las Telecomunicaciones: En telecomunicaciones, la fotónica de silicio ayudará a hacer realidad redes totalmente ópticas con mucha mayor eficiencia. La comunicación óptica coherente con fotónica integrada probablemente escale a más de 1 Tb/s por longitud de onda (con constelaciones avanzadas y quizás DSPs de transceptores integrados). Esto podría hacer que los canales ópticos multi-terabit sean económicos, reduciendo la cantidad de láseres/fibras necesarios. La fotónica de silicio también hará que los multiplexores ópticos reconfigurables de adición y extracción (ROADMs) y otros equipos de red sean más compactos y eficientes energéticamente, lo que a su vez facilita el despliegue de redes 5G/6G de mayor capacidad y una mejor infraestructura de fibra hasta el hogar. Un área específica a observar es los láseres integrados para TV por cable / acceso por fibra: láseres sintonizables baratos en silicio podrían permitir que cada hogar tenga, por ejemplo, un enlace de fibra simétrico de 100G. Al integrar funciones ópticas, los operadores de telecomunicaciones pueden simplificar las centrales y cabeceras. Así que el efecto neto será servicios de internet aún más rápidos y confiables a costos potencialmente más bajos, impulsados tras bambalinas por chips fotónicos de silicio.
Computación de IA y Motores Ópticos: En el ámbito de la IA, si empresas como Lightmatter y Lightelligence tienen éxito, podríamos presenciar los primeros coprocesadores ópticos en centros de datos. Estos acelerarían multiplicaciones de matrices o análisis de grafos usando luz, ofreciendo potencialmente saltos en el rendimiento por vatio. Es concebible que en cinco años, algunos centros de datos tengan racks de aceleradores ópticos de IA junto a GPUs, manejando tareas especializadas extremadamente rápido (por ejemplo, inferencia ultrarrápida para servicios en tiempo real). Incluso si las computadoras totalmente ópticas siguen siendo algo limitadas, el enfoque híbrido electro-óptico (electrónica para el control lógico, fotónica para el movimiento intensivo de datos y operaciones de multiplicar-acumular) podría convertirse en una estrategia clave para mantener la escalabilidad del rendimiento de la IA. Al reducir el calor y el consumo, la fotónica puede ayudar a que el entrenamiento de IA siga siendo viable a medida que los modelos escalen a billones de parámetros. En resumen, la fotónica de silicio podría ser el ingrediente secreto que permita el próximo aumento de 1000× en el tamaño de los modelos de IA/datos de entrenamiento sin derretir la red eléctrica.
Impacto en la tecnología de consumo: Aunque gran parte de la fotónica de silicio se encuentra actualmente en grandes infraestructuras (centros de datos, redes), eventualmente llegará a los dispositivos de consumo. Un candidato obvio son los visores de AR/VR (donde se necesita enviar enormes cantidades de datos a pantallas y cámaras diminutas; los interconectores ópticos podrían ayudar). Otro ejemplo son los LiDAR de consumo o sensores de profundidad: los futuros smartphones o wearables podrían tener pequeños sensores fotónicos de silicio para el monitoreo de la salud (como lo intentaba Rockley Photonics) o para el escaneo 3D del entorno. Mobileye de Intel ya indicó que su LiDAR fotónico de silicio estará en autos, así que para finales de la década de 2020, tu nuevo auto podría tener un chip fotónico integrado guiando silenciosamente sus sensores de conducción autónoma tanaka-preciousmetals.com. Con el tiempo, a medida que bajen los costos, más sensores de este tipo podrían aparecer en dispositivos cotidianos (imagina relojes inteligentes que usan un sensor fotónico de silicio para monitorear glucosa o análisis sanguíneos de manera no invasiva mediante espectroscopía óptica en tu muñeca; de hecho, hay empresas trabajando en ese concepto). Incluso en audio/visual de alta gama, los chips ópticos podrían mejorar cámaras (LiDAR para enfoque o mapeo 3D en fotografía) o habilitar pantallas holográficas modulando la luz a escala microscópica (algo especulativo, pero no imposible a medida que los moduladores espaciales de luz en silicio mejoran). Así que en una década, los consumidores podrían estar usando fotónica de silicio en sus gadgets sin saberlo, tal como hoy usamos sensores MEMS en todas partes sin pensarlo.
Fotónica en el reino cuántico: Si miramos aún más al futuro, las tecnologías fotónicas cuánticas podrían madurar. Si PsiQuantum u otros tienen éxito, podríamos tener una computadora cuántica fotónica que supere a las supercomputadoras clásicas en ciertas tareas, procesando quizás millones de fotones entrelazados en un chip. Eso sería un logro monumental, posiblemente tan transformador como las primeras computadoras electrónicas. Aunque eso podría ocurrir después de 2030, los avances intermedios podrían dar lugar a simuladores cuánticos o sistemas de comunicación cuántica en red usando fotónica de silicio. Por ejemplo, enlaces de comunicación cuántica segura (redes QKD) podrían desplegarse en redes urbanas usando transmisores QKD fotónicos de silicio estandarizados en centros de datos. También existe el potencial de sensores cuánticos en chip (como giróscopos ópticos con sensibilidad a nivel cuántico) para aplicaciones en navegación o ciencia.
Investigación continua y nuevos horizontes: El campo de la fotónica de silicio seguirá evolucionando. Los investigadores ya exploran la integración 3D: apilar chips fotónicos con electrónicos para un acoplamiento aún más estrecho (algunos investigan micro-bumps o técnicas de unión para poner un interposer fotónico debajo de una CPU, por ejemplo). También se habla de redes ópticas en chip (ONoC), donde en lugar de, o además de, redes eléctricas en chip, los procesadores usan luz para comunicarse entre núcleos. Si algún día los CPUs de muchos núcleos usan redes ópticas internas, podría eliminar los cuellos de botella de ancho de banda dentro del chip (esto está un poco más lejos, pero se ha probado conceptualmente en laboratorios). La nano-fotónica también podría entrar en juego: componentes ópticos plasmónicos o a nanoescala que operan a velocidades muy altas o en espacios extremadamente pequeños, potencialmente integrados con fotónica de silicio para ciertas tareas (como moduladores ultra-compactos). Y quién sabe, tal vez algún día alguien logre el santo grial de un láser de silicio mediante algún truco de materiales ingenioso, lo que realmente simplificaría la integración fotónica.
Perspectiva del mercado y la industria: Económicamente, probablemente veremos el auge del mercado de la fotónica de silicio. Según IDTechX, para 2035 se proyecta un valor de mercado de aproximadamente $54 mil millones optics.org. Cabe destacar que, si bien las comunicaciones de datos constituirán la mayor parte, se estima que unos ~$11 mil millones podrían provenir de aplicaciones no relacionadas con datos (telecomunicaciones, lidar, sensores, cuántica, etc.) optics.org. Eso significa que los beneficios de la tecnología se distribuirán en muchos sectores. También podríamos ver grandes cambios o alianzas en la industria: por ejemplo, ¿podría un gigante tecnológico adquirir una de las startups unicornio de fotónica (imagina a Nvidia comprando Ayar Labs o Lightmatter para asegurar una ventaja en computación óptica)? Es posible a medida que aumentan las apuestas. Además, la competencia internacional podría intensificarse: podríamos ver inversiones significativas por parte de gobiernos para asegurar el liderazgo (similar a cómo la industria de semiconductores se considera estratégica). La fotónica de silicio podría convertirse en una parte clave de las estrategias tecnológicas nacionales, lo que puede impulsar aún más la financiación de I+D y la infraestructura.

En un sentido más amplio, si tomamos distancia, el futuro con la fotónica de silicio es uno donde los límites entre cómputo y comunicación se difuminan. La distancia se vuelve menos limitante: los datos podrían viajar dentro de un chip o entre ciudades con la misma facilidad sobre hilos ópticos. Esto podría habilitar arquitecturas como la computación distribuida, donde la ubicación física de los recursos importa poco porque los enlaces ópticos hacen que la latencia sea baja y el ancho de banda alto. Podríamos ver centros de datos verdaderamente desagregados donde el cómputo, el almacenamiento y la memoria están conectados ópticamente como bloques de LEGO. Las ganancias en eficiencia energética de la fotónica también podrían contribuir a una TIC más ecológica, lo cual es importante a medida que crece el apetito energético de la infraestructura digital.

Para tomar prestadas las palabras de un veterano de la industria, “el camino para escalar la fotónica de silicio es tan emocionante como desafiante.” laserfocusworld.com Sin duda, los próximos años tendrán obstáculos, pero existe una determinación colectiva en la academia y la industria para superarlos. A través de la colaboración y la innovación –alineando ciencia de materiales, ingeniería de semiconductores y fotónica– los expertos confían en que superaremos esos desafíos y desbloquearemos todo el potencial de la fotónica de silicio laserfocusworld.com. La perspectiva futura es que esta tecnología pasará de la periferia (conectando nuestros dispositivos o aumentando sistemas especializados) al mismo corazón de la computación y la conectividad. Básicamente, estamos presenciando el amanecer de una nueva era, una en la que la luz, y no solo los electrones, transporta el flujo vital de información a través de los dispositivos y redes que sustentan la vida moderna. Y ese es verdaderamente un cambio revolucionario que se desarrollará en la próxima década y más allá.

Fuentes: Definiciones y ventajas de la fotónica de silicio ansys.com ansys.com; aplicaciones en sensores, LiDAR, cuántica ansys.com ansys.com; tendencias en centros de datos e IA laserfocusworld.com, optics.org; citas y opiniones de expertos laserfocusworld.com, tanaka-preciousmetals.com, nature.com; líderes de la industria expertmarketresearch.com; noticias e inversiones recientes datacenterdynamics.com, nextplatform.com, nextplatform.com; proyecciones a futuro optics.org

The Future of Silicon Photonics: Transforming Data Centers

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