Uued loogikaväravad on miljon korda kiiremad kui tänapäevased kiibid

As Moore'i seadus hakkab aeglustuma, otsitakse uusi viise, kuidas hoida töötluskiiruste eksponentsiaalset kasvu. Uued uuringud näitavad, et eksootiline lähenemine, mida tuntakse kui valguslaine elektroonikat, võib olla paljutõotav uus tee.

Kuigi arvutikiipide innovatsioon pole kaugeltki surnud, on märke selle kohta, et arvutusvõimsuse eksponentsiaalne kasv, millega oleme harjunud viimase 50 aasta jooksul, on hakkab aeglustuma. Kuna transistorid kahanevad peaaegu aatomimahuni, on üha raskem neid arvutikiibile suruda, mis teeb alla suundumuse, mida Gordon Moore esmakordselt täheldas 1965. aastal: see arv kahekordistus ligikaudu iga kahe aasta järel.

Kuid sama oluline suundumus töötlemisvõimsuse osas kadus palju varem: "Dennardi skaleerimine,”, mis väitis, et transistoride voolutarve langes vastavalt nende suurusele. See oli väga kasulik tendents, sest kiibid kuumenevad kiiresti ja saavad liiga palju energiat tarbides kahjustada. Dennardi skaleerimine tähendas, et iga kord, kui transistorid shrank, nii ka nende voolutarve, mis võimaldas kiipe kiiremini käivitada ilma neid ülekuumenemata.

Kuid see suundumus langes tagasi 2005. aastal, kuna voolulekked suurenesid väga väikeses ulatuses ja kiibi taktsageduse eksponentsiaalne tõus vaibus. Kiibitootjad reageerisid sellele üleminekuga mitmetuumalisele töötlusele, kus paljud väikesed protsessorid töötavad paralleelselt, et tööd kiiremini lõpule viia, kuid taktsagedused on sellest ajast peale jäänud enam-vähem paigale.

Kuid nüüd on teadlased näidanud tehnoloogia aluseid, mis võimaldavad miljon korda suuremat taktsagedust kui tänapäevased kiibid. See lähenemisviis põhineb laserite kasutamisel ülikiire purske esilekutsumisekss elektrit ja seda on kasutatud kõigi aegade kiireima loogikavärava loomiseks – kõigi arvutite põhiliseks ehitusplokiks.

Niinimetatud valguslaine elektroonika tugineb asjaolule, et juhtivates materjalides elektronide ergastamiseks on võimalik kasutada laservalgust. Teadlased on juba näidanud, et ülikiired laserimpulsid on võimelised tekitama voolukatkestusi femtosekundiliste ajakavade jooksul – miljondik miljardist sekundist.

Nendega millegi kasuliku tegemine on osutunud raskemaks, kuid a paber sisse loodus, teadlased kasutasid teoreetiliste uuringute ja eksperimentaalse töö kombinatsiooni, et leida viis, kuidas seda nähtust teabe töötlemiseks kasutada.

Kui meeskond tulistas oma ülikiire laseriga kahe kuldelektroodi vahele tõmmatud grafeentraadi pihta, tekitas see kahte erinevat tüüpi voolu. Mõned valguse poolt ergastatud elektronid jätkasid pärast valguse väljalülitamist kindlas suunas liikumist, samas kui teised weuuesti mööduv ja weoled ainult valguse ajal liikumises wapoeg. Teadlased leidsid, et nad suudavad oma laserimpulsside kuju muutes tekitatud voolu tüüpi juhtida, mis kasutati seejärel nende loogikavärava alusena.

Loogikaväravad töötavad kahe sisendi – kas 1 või 0 – töötlemise teel ja ühe väljundi kaudu. Täpsed töötlemisreeglid sõltuvad neid rakendava loogikavärava tüübist, kuid näiteks JA-värav väljastab 1 ainult siis, kui selle mõlemad sisendid on 1, vastasel juhul väljastab see 0.

Teadlaste uues skeemis kasutatakse kahte sünkroniseeritud laserit, et luua kas siirde- või püsivate voolude pursked, mis toimivad loogikavärava sisenditena. Need voolud võivad üksteist kas liita või tühistada, et anda väljundina 1 või 0 ekvivalent.

Ja laserimpulsside äärmuslike kiiruste tõttu on tulemuseks olev värav võimeline töötama kiirustel petahertsides, mis on miljon korda suurem kui gigahertsi kiirus, mida tänapäeva kiireimad arvutikiibid suudavad hallata.

Ilmselgelt on seadistus tunduvalt suurem ja keerulisem kui tavapäraste loogikaväravate jaoks kasutatav lihtne transistoride paigutus ning selle kahandamine praktiliste kiipide valmistamiseks vajaliku skaalani on mammutülesanne.

Kuid kuigi petahertsi andmetöötlus ei ole niipea käes, näitavad uued uuringud, et valguslaineelektroonika võib olla paljutõotav ja võimas uus tee, mida uurida tuleviku jaoks. arvutustehnika.

Pildi krediit: Rochesteri Ülikool / Michael Osadciw

• Münditark. Euroopa parim Bitcoini ja krüptobörs.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. TASUTA PÄÄS.
• CryptoHawk. Altcoini radar. Tasuta prooviversioon.
• Allikas: https://singularityhub.com/2022/05/23/new-logic-gates-are-a-million-times-faster-than-todays-chips/