Uudet logiikkaportit ovat miljoona kertaa nopeampia kuin nykyiset pelimerkit

As Mooren laki alkaa hidastua, etsitään uusia tapoja pitää prosessointinopeuksien eksponentiaalinen nousu käynnissä. Uusi tutkimus viittaa siihen, että eksoottinen lähestymistapa, joka tunnetaan nimellä "lightaaltoelektroniikka", voisi olla lupaava uusi keino.

Vaikka tietokonesirujen innovaatiot eivät ole läheskään kuolleita, on merkkejä siitä, että laskentatehon eksponentiaalinen kasvu, johon olemme tottuneet viimeisen 50 vuoden aikana, on alkaa hidastua. Kun transistorit kutistuvat lähes atomimittakaavaan, on yhä vaikeampaa puristaa enemmän tietokonesirulle, mikä heikentää Gordon Mooren vuonna 1965 havaitsemaa suuntausta: määrä kaksinkertaistui suunnilleen joka toinen vuosi.

Mutta yhtä tärkeä prosessointitehotrendi hiipui paljon aikaisemmin: "Dennardin skaalaus,", jossa todettiin, että transistorien virrankulutus putosi niiden koon mukaan. Tämä oli erittäin hyödyllinen suuntaus, koska lastut kuumenevat nopeasti ja vaurioituvat, jos ne kuluttavat liikaa virtaa. Dennardin skaalaus tarkoitti sitä, että joka kerta kun transistorit shrank, samoin niiden virrankulutus, mikä mahdollisti sirujen nopeamman käytön ilman ylikuumenemista.

Mutta tämä suuntaus jumissa vuonna 2005 johtuen virtavuodon lisääntyneestä vaikutuksesta hyvin pienissä mittakaavassa, ja sirujen kellotaajuuksien eksponentiaalinen nousu hiipui. Siruvalmistajat reagoivat siirtymällä moniytimiseen prosessointiin, jossa monet pienet prosessorit toimivat rinnakkain saadakseen työt valmiiksi nopeammin, mutta kellotaajuudet ovat pysyneet enemmän tai vähemmän paikallaan sen jälkeen.

Nyt tutkijat ovat kuitenkin osoittaneet sellaisen tekniikan perustan, joka voi sallia miljoona kertaa korkeamman kellotaajuuden kuin nykyiset sirut. Lähestymistapa perustuu lasereiden käyttöön ultranopean purskeen aikaansaamiseksis sähköä, ja sitä on käytetty kaikkien aikojen nopeimman logiikkaportin luomiseen, joka on kaikkien tietokoneiden perusrakennuspalikka.

Niin kutsuttu "valoaaltoelektroniikka" perustuu siihen tosiasiaan, että laservaloa voidaan käyttää elektronien virittämiseen johtavissa materiaaleissa. Tutkijat ovat jo osoittaneet, että erittäin nopeat laserpulssit pystyvät synnyttämään virtapurskeita femtosekunnin aikaskaalalla – sekunnin miljoonasosan miljardisosasta.

Kaiken hyödyllisen tekeminen niillä on osoittautunut vaikeammaksi, mutta a paperi sisään luonto, Tutkijat käyttivät teoreettisten tutkimusten ja kokeellisen työn yhdistelmää keksiäkseen tavan käyttää tätä ilmiötä tiedonkäsittelyssä.

Kun ryhmä ampui ultranopean laserinsa kahden kultaelektrodin väliin pujotettuun grafeenilankaan, se tuotti kahta erilaista virtaa. Jotkut valon virittämistä elektroneista jatkoivat liikkumistaan ​​tiettyyn suuntaan valon sammuttamisen jälkeen, kun taas toiset weuudelleen ohimenevä ja weovat vain liikkeessä valon aikana was päällä. Tutkijat havaitsivat, että he pystyivät hallitsemaan syntyvän virran tyyppiä muuttamalla laserpulssien muotoa, mikä käytettiin sitten niiden logiikkaportin perustana.

Logiikkaportit toimivat ottamalla kaksi tuloa - joko 1 tai 0 - käsittelevät ne ja tarjoavat yhden lähdön. Tarkat prosessointisäännöt riippuvat ne toteuttavan logiikkaportin tyypistä, mutta esimerkiksi JA-portti antaa vain arvon 1, jos sen molemmat tulot ovat 1, muussa tapauksessa se tulostaa 0:n.

Tutkijoiden uudessa järjestelmässä kahta synkronoitua laseria käytetään luomaan joko transientti- tai pysyvävirtapurskeita, jotka toimivat logiikkaportin tuloina. Nämä virrat voivat joko summata tai kumota toisensa, jolloin saadaan lähtönä 1 tai 0.

Ja laserpulssien äärimmäisten nopeuksien vuoksi tuloksena oleva portti pystyy toimimaan petahertsin nopeuksilla, mikä on miljoona kertaa nopeampi kuin nykypäivän nopeimmat tietokonepiirit pystyvät hallitsemaan gigahertsin nopeudet.

Ilmeisesti kokoonpano on huomattavasti suurempi ja monimutkaisempi kuin perinteisissä logiikkaporteissa käytetty yksinkertainen transistorien järjestely, ja sen pienentäminen käytännön sirujen valmistamiseen vaadittuun mittakaavaan on mammuttitehtävä.

Mutta vaikka petahertsilaskenta ei ole aivan nurkan takana, uusi tutkimus viittaa siihen, että valoaaltoelektroniikka voisi olla lupaava ja tehokas uusi keino tutkia tietojenkäsittely.

Kuvan luotto: Rochesterin yliopisto / Michael Osadciw

• Coinsmart. Euroopan paras Bitcoin- ja kryptopörssi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. VAPAA PÄÄSY.
• CryptoHawk. Altcoinin tutka. Ilmainen kokeilu.
• Lähde: https://singularityhub.com/2022/05/23/new-logic-gates-are-a-million-times-faster-than-todays-chips/