Del cobre a la luz: cómo la fotónica podría reducir el consumo energético de la inteligencia artificial

La expansión de la inteligencia artificial aumenta la capacidad de cálculo requerida por los centros de datos y, con ella, la demanda de electricidad, agua y cobre. Ante ese panorama, empresas tecnológicas y laboratorios desarrollan sistemas que usan luz para transmitir información y reducir el calor de los equipos, una alternativa que podría disminuir la energía destinada a enfriarlos.

La tecnología se llama fotónica. En lugar de mover la información mediante señales eléctricas a través de cables de cobre, la transporta con luz por fibra óptica. La fibra ya se utiliza en las comunicaciones de larga distancia, pero ahora la industria busca incorporarla a las conexiones internas de estas instalaciones, entre servidores, procesadores y equipos de red.

“Creo que estamos llegando al final de la era del cobre”, afirmó Chris Sharp, director de Tecnología de Digital Realty, en declaraciones recogidas por la BBC. Con esa frase no sugirió que el metal dejará de utilizarse, sino que su peso en las conexiones internas podría disminuir.

Una instalación de 100 megavatios puede requerir unas 400 toneladas de cobre, según el medio británico. La mayor parte se destina a la red eléctrica y a los equipos de refrigeración; del total, unas 70 toneladas se usan en los servidores y cerca de 20, en el cableado que los conecta.

La transmisión de datos con luz genera menos calor

El cobre conduce las señales eléctricas con eficacia, aunque ese proceso produce calor. El efecto cobra importancia en edificios que reúnen miles de procesadores, incluidos los que se utilizan para entrenar y operar herramientas de inteligencia artificial. A mayor temperatura, mayor es la energía que debe destinarse a mantener los equipos dentro de un rango seguro.

La fotónica busca reducir esa carga térmica. Para aplicarla, los fabricantes deben unir componentes ópticos, que trabajan con luz, y circuitos electrónicos, que funcionan con electricidad. En algunos casos, esa integración se realiza en los propios procesadores.

“Se puede ahorrar muchísima energía”, dijo Callum Littlejohns, subdirector de Cornerstone Labs, una fábrica de componentes de fotónica de silicio, según la BBC. La diferencia reside en que la luz no genera el mismo calentamiento que la corriente eléctrica cuando transmite datos.

Menos calor puede traducirse en una menor necesidad de electricidad para refrigerar los servidores. Cuando las instalaciones emplean agua para ese fin, esa reducción también podría aliviar su demanda hídrica. El impacto, de todos modos, depende del sistema de enfriamiento y del diseño particular de cada centro de datos.

La fibra óptica ofrece otra ventaja: permite enviar varios flujos de información por un mismo canal. De ese modo, se puede ampliar la cantidad de datos que circula por la red sin multiplicar el cableado al mismo ritmo, una posibilidad relevante para instalaciones que conectan cada vez más servidores.

La producción a gran escala todavía presenta obstáculos

El uso de luz para transmitir datos existe desde hace décadas, pero fabricar componentes fotónicos integrados en grandes volúmenes resultó complejo. Por su parte, Peter O’Brien, responsable de investigación sobre integración de sistemas fotónicos en el Instituto de Investigación Tyndall de Irlanda, explicó que investigadores y empresas llevan años trabajando en este campo, aunque las dificultades de fabricación demoraron su adopción.

“Lo que está ocurriendo ahora con la óptica y la fotónica es que se está produciendo una especie de reinicio”, señaló O’Brien ante la BBC. El respaldo de compañías de procesadores, entre ellas Nvidia, impulsó el interés por una tecnología que busca salir de aplicaciones limitadas y alcanzar un uso más extendido.

El reemplazo de conexiones de cobre por fibra no será inmediato. Andrew Wheeler, vicepresidente sénior de Hewlett Packard Labs, recordó que la industria eléctrica lleva años perfeccionando el diseño, la producción, las pruebas y la instalación de sus componentes. La fotónica aún necesita reducir costos y consolidar procesos de fabricación confiables.

La temperatura y el tendido de fibra exigen nuevos cuidados

Los dispositivos ópticos generan menos calor que sus equivalentes eléctricos, pero no eliminan el problema térmico. Otros equipos del centro de datos continúan elevando la temperatura ambiente y los componentes que trabajan con luz son sensibles a esas variaciones.

Wheeler advirtió que la fiabilidad de estos sistemas depende de que fabricantes y operadores mantengan controles estrictos sobre la temperatura. Por eso, la adopción de la fotónica requerirá cambios en el diseño de las instalaciones y nuevas rutinas de mantenimiento.

El tendido de fibra también demanda capacitación específica. Sharp explicó que estos cables no toleran curvas muy cerradas, una diferencia frente al cableado de cobre. Los responsables del diseño de redes, los técnicos de soporte y los instaladores deberán considerar esas condiciones para evitar pérdidas de señal y fallas de conexión.

Para Ofer Shapiro, director ejecutivo de Resolight.ai, el ahorro podría ser mayor si la luz se utilizara tanto para transportar datos como para procesarlos. La empresa propone reemplazar los equipos electrónicos que dirigen el tráfico entre servidores por otros que funcionen de forma íntegramente óptica, con el fin de evitar conversiones constantes entre señales de luz y eléctricas.

Esa posibilidad todavía se encuentra en una fase posterior. Por ahora, el desafío principal consiste en aumentar la fabricación de estos componentes y abaratarla. Littlejohns indicó que algunas de estas piezas son más grandes que las de los procesadores convencionales, por lo que pueden producirse con equipos de generaciones anteriores de la industria electrónica.