La tecnologia
De la fotònica integrada a una plataforma de computació completa: una arquitectura escalable on la llum esdevé la base del processament de la informació.
El desenvolupament de la plataforma arrenca amb CYRAGATE, una família de portes lògiques fotòniques integrades que constitueix la base de l'arquitectura de computació de Tarranix. A partir d'aquestes portes elementals, Tarranix desenvolupa circuits aritmètics fotònics senzills, amb l'objectiu a curt termini d'integrar-los en CYRALU, la seva unitat aritmeticològica fotònica.
Per sostenir el desenvolupament d'una plataforma de computació fotònica completa i funcional, Tarranix treballa també en l'arquitectura necessària al voltant d'aquests blocs computacionals. Inclou la restauració i amplificació de senyal mitjançant CYRAGAIN, les interconnexions òptiques i, a més llarg termini, l'emmagatzematge de dades, la retenció d'estat i arquitectures de computació fotònica programables.
L'objectiu no és simplement demostrar que una porta lògica òptica pot funcionar, sinó desenvolupar un marc de lògica fotònica que es pugui combinar, encadenar, escalar i integrar en sistemes de computació reals.
Computació fotònica
La llum ofereix propietats físiques fonamentalment diferents de les del corrent elèctric. La longitud d'ona, la polarització i la fase, per exemple, aporten graus de llibertat addicionals que es poden aprofitar per transmetre i processar informació.
Centrant-nos en la longitud d'ona, un dels avantatges clau de la llum és que diferents freqüències òptiques poden viatjar pel mateix medi alhora sense interferir entre si. Aquesta és la base de la multiplexació per divisió de longitud d'ona (WDM), una de les tecnologies centrals de les telecomunicacions modernes, que permet que molts canals de comunicació independents comparteixin la mateixa infraestructura òptica.
El mateix principi es pot aplicar als circuits fotònics integrats, on una sola guia d'ona òptica pot transportar diversos canals simultàniament. Dins de Tarranix, aquests canals podrien sostenir operacions independents en paral·lel, augmentant la quantitat d'informació processable sense exigir un augment proporcional del nombre d'estructures lògiques físiques. Els sistemes fotònics també poden aportar:
- Gran amplada de banda, amb la informació transmesa i processada òpticament.
- Paral·lelisme massiu, fent servir diferents longituds d'ona de llum simultàniament.
- Interconnexió òptica de baixes pèrdues, en particular sobre plataformes de nitrur de silici.
Per a Tarranix, doncs, la fotònica no és simplement una alternativa més eficient energèticament que l'electrònica. Aporta una manera diferent de construir sistemes de computació, on les propietats de la llum es poden fer servir per augmentar el paral·lelisme i reduir la complexitat de l'arquitectura física.
CRONOLOGIA DEL PROJECTE
RECERCA I DESENVOLUPAMENT · 2024–2026
2024
La visió de la computació fotònica
- Conceptualització d'una arquitectura de CPU basada en el processament fotònic de la informació.
- Recerca sobre guies d'ona òptiques, fotònica integrada i lògica binària.
- Exploració de la computació amb llum com a alternativa a la commutació electrònica.
- Definició de la visió de computació de TARRANIX a llarg termini.
2025
CYRA Gate — Lògica totalment òptica
- Desenvolupament d'una arquitectura basada en guies d'ona per a portes lògiques totalment òptiques.
- Funcions AND, OR i XOR dissenyades dins d'una estructura fotònica compartida.
- Múltiples sortides òptiques que permeten operacions lògiques simultànies.
- Base per a circuits de computació òptica integrats i escalables.
2026Fase actual
CYRA Gate — Desenvolupament del circuit fotònic
- Disseny i simulació de guies d'ona òptiques de nitrur de silici (SiN).
- Funcionament al voltant de 1550 nm amb components fotònics integrats.
- Estudi de l'acoblament òptic, les pèrdues d'inserció i la propagació del senyal.
- Desenvolupament de l'arquitectura per interconnectar portes lògiques CYRA.
DESENVOLUPAMENT FUTUR · 2027–2034
2027
CYRA ALU — Aritmètica i lògica fotòniques
- Desenvolupament d'una unitat aritmeticològica fotònica de 2 bits.
- Objectiu de 10 operacions aritmètiques i lògiques mitjançant portes CYRA.
- Arquitectura optimitzada per reduir el nombre de portes i les pèrdues d'inserció òptica.
- Processament òptic en paral·lel amb selecció configurable de l'operació.
2028
CYRA Memory — Emmagatzematge totalment fotònic
- Desenvolupament d'una memòria òptica integrada per emmagatzemar informació binària.
- Estudi de la realimentació òptica, els ressonadors i els estats fotònics biestables.
- Funcionalitat de lectura/escriptura amb retenció òptica de dades.
- Interconnexió òptica directa amb la CYRA ALU per emmagatzemar els resultats del càlcul.
2029
CYRA Gainer — Amplificació òptica
- Desenvolupament de guany òptic i restauració de senyal entre blocs de computació.
- Compensació de les pèrdues de propagació, acoblament i commutació.
- Normalització dels nivells lògics òptics per encadenar circuits de manera fiable.
- Integració d'amplificació, condicionament de senyal i interconnexions.
2030
CYRA CPU — Processador fotònic RISC-V
- Integració de la CYRA ALU, les interfícies de memòria i la gestió del senyal òptic.
- Implementació d'una arquitectura d'instruccions compatible amb RISC-V.
- Funcionament compatible amb Von Neumann, amb accés a memòria d'instruccions i de dades.
- Desenvolupament de rutes de dades òptiques, lògica de control i interconnexions del processador.
2031–2032
TARRANIX — Prototip d'ordinador integrat
- Integració de la CYRA CPU en una plataforma de computació completa.
- Desenvolupament de la jerarquia de memòria, les interconnexions òptiques i les interfícies del sistema.
- Implementació d'E/S electrònica i compatibilitat d'execució de programari.
- Proves del prototip amb càrregues de treball completes i mesura del rendiment del sistema.
2033
TARRANIX — Validació del sistema
- Validació de la precisió de càlcul, la fiabilitat i la integritat del senyal.
- Optimització del consum energètic, el control tèrmic i les pèrdues òptiques.
- Proves de repetibilitat de fabricació i estabilitat dels components a llarg termini.
- Preparació dels processos de fabricació i de la integració del sistema domèstic.
2034
TARRANIX — Ordinador fotònic domèstic
- Fabricació d'un sistema de computació fotònica domèstic complet.
- Processador basat en CYRA que integra la tecnologia d'aritmètica i lògica òptiques.
- Compatibilitat de programari RISC-V amb un model de computació convencional.
- Una nova plataforma de computació dissenyada per a l'eficiència energètica i l'escalabilitat.
El nostre avantatge competitiu
Estem construint una arquitectura de computació escalable basada en lògica òptica integrada.
Tarranix no se centra a desenvolupar un únic dispositiu fotònic. El nostre enfocament combina diversos avantatges clau:
- Fotònica integrada de nitrur de silici — Tarranix es construeix sobre una plataforma SiN de baixes pèrdues, que proporciona una base sòlida per a circuits fotònics cada cop més complexos i arquitectures de computació òptica més grans.
- Una arquitectura lògica compacta de tres guies d'ona — CYRAGATE empra una estructura d'acoblament de tres guies en què els senyals òptics es processen mitjançant interferència controlada.
- Diferents geometries de porta dissenyades per a funcions lògiques específiques, que aporten un bloc constructiu compacte per a circuits computacionals més grans.
- Computació en paral·lel mitjançant longitud d'ona.
Una de les direccions més importants que explora Tarranix és la possibilitat de fer la mateixa operació lògica simultàniament en múltiples longituds d'ona. Si es valida experimentalment, permetria processar diversos canals de dades independents dins de la mateixa estructura fotònica física. L'encadenabilitat com a prioritat de disseny: demostrar una porta òptica aïllada no n'hi ha prou per construir un sistema de computació.
Tarranix aborda des del principi un dels reptes fonamentals de la lògica òptica: preservar prou contrast i potència de senyal quan es connecten diverses etapes lògiques en seqüència. De les portes individuals als blocs de computació complets, CYRAGATE és només el punt de partida. L'arquitectura s'estén progressivament cap a circuits aritmètics, CYRALU, restauració de senyal mitjançant CYRAGAIN, interconnexió òptica i, amb el temps, arquitectures de computació fotònica més completes.
El nostre avantatge competitiu no rau en una única porta òptica, sinó en el desenvolupament sistemàtic de les tecnologies necessàries per convertir la lògica òptica en una plataforma de computació escalable.
