البوابات المنطقية الجديدة أسرع بملايين المرات من رقائق اليوم

As قانون مور يبدأ في التباطؤ ، والبحث جار عن طرق جديدة للحفاظ على استمرار الارتفاع المتسارع في سرعات المعالجة. يقترح بحث جديد أن نهجًا غريبًا يُعرف باسم "إلكترونيات الموجة الخفيفة" يمكن أن يكون طريقًا جديدًا واعدًا.

في حين أن الابتكارات في رقائق الكمبيوتر بعيدة كل البعد عن الموت ، إلا أن هناك دلائل على أن الزيادة الهائلة في قوة الحوسبة التي اعتدنا عليها خلال الخمسين عامًا الماضية هي بدأت في التباطؤ. مع تقلص الترانزستورات إلى مقاييس ذرية تقريبًا ، أصبح من الصعب الضغط أكثر من أي وقت مضى على شريحة كمبيوتر ، مما يقوض الاتجاه الذي لاحظه جوردون مور لأول مرة في عام 1965: أن الرقم تضاعف كل عامين تقريبًا.

لكن هناك اتجاه لا يقل أهمية في قوة المعالجة تلاشى قبل ذلك بكثير: "تحجيم دينارد,والتي ذكرت أن استهلاك الطاقة للترانزستورات يتناسب مع حجمها. كان هذا اتجاهًا مفيدًا للغاية ، لأن الرقائق تسخن بسرعة وتتلف إذا استهلكت قدرًا كبيرًا من الطاقة. Dennard Scaling يعني أن الترانزستورات في كل مرة shrank ، وكذلك استهلاكها للطاقة ، مما جعل من الممكن تشغيل الرقائق بشكل أسرع دون ارتفاع درجة حرارتها.

لكن هذا الاتجاه تلاشى مرة أخرى في عام 2005 بسبب التأثير المتزايد للتسرب الحالي على نطاقات صغيرة جدًا ، وتلاشى الارتفاع الهائل في معدلات ساعة الرقائق. استجاب صانعو الرقائق بالانتقال إلى المعالجة متعددة النواة ، حيث تعمل العديد من المعالجات الصغيرة بالتوازي لإكمال المهام بشكل أسرع ، لكن معدلات الساعة ظلت راكدة إلى حد ما منذ ذلك الحين.

على الرغم من ذلك ، أظهر الباحثون الآن أسس تقنية يمكن أن تسمح بمعدلات ساعة أعلى بمليون مرة من رقائق اليوم. يعتمد النهج على استخدام الليزر لاستنباط انفجار سريع للغايةs من الكهرباء وتم استخدامه لإنشاء أسرع بوابة منطقية على الإطلاق - لبنة البناء الأساسية لجميع أجهزة الكمبيوتر.

يعتمد ما يسمى بـ "إلكترونيات الموجة الخفيفة" على حقيقة أنه من الممكن استخدام ضوء الليزر لإثارة الإلكترونات في المواد الموصلة. لقد أثبت الباحثون بالفعل أن نبضات الليزر فائقة السرعة قادرة على توليد دفعات من التيار على فترات زمنية فيمتوثانية - جزء من المليون من المليار من الثانية.

لقد ثبت أن القيام بأي شيء مفيد معهم هو أمر بعيد المنال ، ولكن في نطاق الورق في الطبيعة, استخدم الباحثون مزيجًا من الدراسات النظرية والعمل التجريبي لابتكار طريقة لاستخدام هذه الظاهرة في معالجة المعلومات.

عندما أطلق الفريق ليزرهم فائق السرعة على سلك جرافين مثبت بين قطبين من الذهب ، أنتج نوعين مختلفين من التيارات. استمرت بعض الإلكترونات التي أثارها الضوء في التحرك في اتجاه معين بمجرد إطفاء الضوء ، بينما استمرت الإلكترونات الأخرى weإعادة عابر و weإعادة فقط في الحركة بينما الضوء waليالي. وجد الباحثون أن بإمكانهم التحكم في نوع التيار الناتج عن تغيير شكل نبضات الليزر الخاصة بهم ثم تم استخدامها كأساس لبوابة المنطق الخاصة بهم.

تعمل البوابات المنطقية عن طريق أخذ مدخلين - إما 1 أو 0 - ومعالجتهما ، وتوفير مخرج واحد. تعتمد قواعد المعالجة الدقيقة على نوع البوابة المنطقية التي تنفذها ، ولكن على سبيل المثال ، تقوم البوابة AND بإخراج 1 فقط إذا كان كل من مدخلاتها 1 ، وإلا فإنها ستخرج 0.

في المخطط الجديد للباحثين ، يتم استخدام نوعين من الليزر المتزامن لإنشاء دفعات من التيارات العابرة أو الدائمة ، والتي تعمل كمدخلات للبوابة المنطقية. يمكن لهذه التيارات إما أن تضيف أو تلغي بعضها البعض لتوفير ما يعادل 1 أو 0 كمخرج.

وبسبب السرعات القصوى لنبضات الليزر ، فإن البوابة الناتجة قادرة على العمل بسرعات بيتاهيرتز ، وهي أسرع بمليون مرة من سرعات الجيجاهيرتز التي تستطيع أسرع رقائق الكمبيوتر اليوم إدارتها.

من الواضح أن الإعداد أكبر بكثير وأكثر تعقيدًا من الترتيب البسيط للترانزستورات المستخدمة للبوابات المنطقية التقليدية ، وتقليصه إلى المقاييس المطلوبة لصنع رقائق عملية سيكون مهمة ضخمة.

ولكن في حين أن حوسبة بيتاهيرتز ليست قريبة في أي وقت قريب ، يشير البحث الجديد إلى أن إلكترونيات الموجة الخفيفة يمكن أن تكون وسيلة جديدة واعدة وقوية لاستكشاف مستقبل الحوسبة.

حقوق الصورة: جامعة روتشستر / مايكل أوسادسيو

• كوينسمارت. أفضل بورصة للبيتكوين والعملات المشفرة في أوروبا.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. دخول مجاني.
• كريبتوهوك. الرادار. تجربة مجانية.
• المصدر: https://singularityhub.com/2022/05/23/new-logic-gates-are-a-million-times-faster-than-todays-chips/