Las nuevas puertas lógicas son un millón de veces más rápidas que los chips actuales

As La Ley de Moore comienza a desacelerarse, la búsqueda continúa de nuevas formas de mantener el aumento exponencial en las velocidades de procesamiento. Una nueva investigación sugiere que un enfoque exótico conocido como "electrónica de ondas de luz" podría ser una nueva vía prometedora.

Si bien la innovación en chips de computadora está lejos de estar muerta, hay señales de que el aumento exponencial en el poder de cómputo al que nos hemos acostumbrado en los últimos 50 años es empezando a ralentizar. A medida que los transistores se reducen a escalas casi atómicas, se vuelve cada vez más difícil introducir más en un chip de computadora, socavando la tendencia que Gordon Moore observó por primera vez en 1965: que el número se duplicaba aproximadamente cada dos años.

Pero una tendencia igualmente importante en el poder de procesamiento se agotó mucho antes: “Dennard escalando,” que afirmó que el consumo de energía de los transistores se redujo en línea con su tamaño. Esta fue una tendencia muy útil, porque los chips se calientan rápidamente y se dañan si consumen demasiada energía. La escala de Dennard significaba que cada vez que los transistores se contraíanank, también lo hizo su consumo de energía, lo que hizo posible ejecutar chips más rápido sin sobrecalentarlos.

Pero esta tendencia se rompió en 2005 debido al mayor impacto de la fuga de corriente a escalas muy pequeñas, y el aumento exponencial en las velocidades de reloj de los chips se desvaneció. Los fabricantes de chips respondieron cambiando al procesamiento de múltiples núcleos, donde muchos procesadores pequeños se ejecutan en paralelo para completar los trabajos más rápido, pero las velocidades de reloj se han mantenido más o menos estancadas desde entonces.

Ahora, sin embargo, los investigadores han demostrado las bases de una tecnología que podría permitir velocidades de reloj un millón de veces más altas que los chips actuales. El enfoque se basa en el uso de láseres para provocar ráfagas ultrarrápidass de electricidad y se ha utilizado para crear la puerta lógica más rápida de la historia, el bloque de construcción fundamental de todas las computadoras.

La llamada "electrónica de ondas de luz" se basa en el hecho de que es posible usar luz láser para excitar electrones en materiales conductores. Los investigadores ya han demostrado que los pulsos láser ultrarrápidos pueden generar ráfagas de corriente en escalas de tiempo de femtosegundos, una millonésima de una billonésima de segundo.

Ha resultado más difícil hacer algo útil con ellos, pero en un papel en Naturaleza, Los investigadores utilizaron una combinación de estudios teóricos y trabajo experimental para idear una forma de utilizar este fenómeno para el procesamiento de información.

Cuando el equipo disparó su láser ultrarrápido a un cable de grafeno ensartado entre dos electrodos de oro, produjo dos tipos diferentes de corrientes. Algunos de los electrones excitados por la luz continuaron moviéndose en una dirección particular una vez que se apagó la luz, mientras que otros were transitorio y wesolo estás en movimiento mientras la luz waestá encendido. Los investigadores descubrieron que podían controlar el tipo de corriente creada alterando la forma de sus pulsos láser, que luego se usó como la base de su puerta lógica.

Las puertas lógicas funcionan tomando dos entradas, ya sea 1 o 0, procesándolas y proporcionando una sola salida. Las reglas de procesamiento exactas dependen del tipo de puerta lógica que las implemente, pero, por ejemplo, una puerta AND solo genera un 1 si ambas entradas son 1; de lo contrario, genera un 0.

En el nuevo esquema de los investigadores, se utilizan dos láseres sincronizados para crear ráfagas de corrientes transitorias o permanentes, que actúan como entradas a la puerta lógica. Estas corrientes pueden sumarse o cancelarse entre sí para proporcionar el equivalente de un 1 o un 0 como salida.

Y debido a las velocidades extremas de los pulsos láser, la puerta resultante es capaz de operar a velocidades de petahercios, que es un millón de veces más rápido que las velocidades de gigahercios que pueden manejar los chips de computadora más rápidos de la actualidad.

Obviamente, la configuración es mucho más grande y más compleja que la simple disposición de los transistores utilizados para las puertas lógicas convencionales, y reducirla a las escalas necesarias para fabricar chips prácticos será una tarea gigantesca.

Pero si bien la computación de petahercios no está a la vuelta de la esquina en el corto plazo, la nueva investigación sugiere que la electrónica de ondas de luz podría ser una nueva vía prometedora y poderosa para explorar el futuro de la tecnología. informática.

Crédito de la imagen: Universidad de Rochester / Michael Osadciw

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• Fuente: https://singularityhub.com/2022/05/23/new-logic-gates-are-a-million-times-faster-than-todays-chips/