Nye logiske porte er en million gange hurtigere end nutidens Chips PlatoBlockchain Data Intelligence. Lodret søgning. Ai.

Nye logiske porte er en million gange hurtigere end dagens chips

Tidsstempel: 23. maj 2022 kl. 10
lysbølge elektronik computing logic gate hurtig

As Moores lov begynder at gå langsommere, søgen efter nye måder at holde den eksponentielle stigning i behandlingshastigheder i gang. Ny forskning tyder på, at en eksotisk tilgang kendt som "lightwave electronics" kunne være en lovende ny vej.

Selvom innovation inden for computerchips langt fra er død, er der tegn på, at den eksponentielle stigning i computerkraft, vi har vænnet os til i løbet af de sidste 50 år, er begynder at gå langsommere. Efterhånden som transistorer krymper til næsten atomare skalaer, bliver det sværere at klemme stadig mere på en computerchip, hvilket undergraver den tendens, Gordon Moore først observerede i 1965: at antallet fordobledes omtrent hvert andet år.

Men en lige så vigtig tendens inden for processorkraft forsvandt meget tidligere: "Dennard skalering,” hvor det stod, at transistorernes strømforbrug faldt i takt med deres størrelse. Dette var en meget nyttig tendens, fordi chips hurtigt varmes op og bliver beskadiget, hvis de trækker for meget strøm. Dennard-skalering betød, at hver gang transistorer shrank, det samme gjorde deres strømforbrug, hvilket gjorde det muligt at køre chips hurtigere uden at overophede dem.

Men denne tendens løste sig tilbage i 2005 på grund af den øgede virkning af strømlækage i meget små skalaer, og den eksponentielle stigning i chip-clock-hastigheder forsvandt. Chipmakere reagerede ved at skifte til multi-core-behandling, hvor mange små processorer kører parallelt for at udføre job hurtigere, men clock rates har været mere eller mindre stillestående siden da.

Men nu har forskere demonstreret grundlaget for en teknologi, der kunne tillade clock-hastigheder en million gange højere end nutidens chips. Fremgangsmåden er afhængig af at bruge lasere til at fremkalde ultrahurtige bursts af elektricitet og er blevet brugt til at skabe den hurtigste logiske port nogensinde - den grundlæggende byggesten i alle computere.

Såkaldt "lysbølgeelektronik" er afhængig af, at det er muligt at bruge laserlys til at excitere elektroner i ledende materialer. Forskere har allerede vist, at ultrahurtige laserimpulser er i stand til at generere strømudbrud på femtosekunds tidsskalaer - en milliontedel af en milliardtedel af et sekund.

At gøre noget nyttigt med dem har vist sig at være mere uhåndgribeligt, men i en papir ind Natur, forskere brugte en kombination af teoretiske undersøgelser og eksperimentelt arbejde til at udtænke en måde at bruge dette fænomen til informationsbehandling.

Da holdet affyrede deres ultrahurtige laser mod en grafentråd spændt mellem to guldelektroder, producerede det to forskellige slags strømme. Nogle af de elektroner, der blev exciteret af lyset, fortsatte med at bevæge sig i en bestemt retning, når lyset blev slukket, mens andre were forbigående og were kun i bevægelse, mens lyset waer på. Forskerne fandt ud af, at de kunne kontrollere den type strøm, der blev skabt ved at ændre formen på deres laserimpulser, hvilket blev derefter brugt som grundlag for deres logiske port.

Logiske porte fungerer ved at tage to indgange - enten 1 eller 0 - behandle dem og give et enkelt output. De nøjagtige behandlingsregler afhænger af typen af ​​logisk gate, der implementerer dem, men for eksempel udsender en AND-gate kun et 1, hvis begge dens input er 1, ellers udsender den et 0.

I forskernes nye skema bruges to synkroniserede lasere til at skabe bursts af enten de transiente eller permanente strømme, som fungerer som input til den logiske gate. Disse strømme kan enten lægge sammen eller annullere hinanden for at give det svarende til et 1 eller 0 som output.

Og på grund af laserimpulsernes ekstreme hastigheder er den resulterende gate i stand til at fungere med hastigheder i petahertz, hvilket er en million gange hurtigere end de gigahertz-hastigheder, som nutidens hurtigste computerchips kan klare.

Det er klart, at opsætningen er langt større og mere kompleks end det simple arrangement af transistorer, der bruges til konventionelle logiske porte, og at krympe det ned til de skalaer, der kræves for at lave praktiske chips, vil være en kolossal opgave.

Men selvom petahertz computing ikke er lige om hjørnet lige nu, tyder den nye forskning på, at lysbølgeelektronik kan være en lovende og kraftfuld ny vej at udforske for fremtidens computing.

Billedkredit: University of Rochester / Michael Osadciw

Tidsstempel:

Mere fra Singularitet Hub