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Les nouvelles portes logiques sont un million de fois plus rapides que les puces d'aujourd'hui

Horodatage: 23 mai 2022, 10 h 00
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As La loi de Moore commence à ralentir, la recherche de nouvelles façons de maintenir l'augmentation exponentielle des vitesses de traitement est en cours. De nouvelles recherches suggèrent qu'une approche exotique connue sous le nom d'"électronique à ondes lumineuses" pourrait être une nouvelle voie prometteuse.

Alors que l'innovation dans les puces informatiques est loin d'être morte, certains signes indiquent que l'augmentation exponentielle de la puissance de calcul à laquelle nous nous sommes habitués au cours des 50 dernières années est commence à ralentir. Alors que les transistors se rétrécissent à des échelles presque atomiques, il devient de plus en plus difficile d'en serrer de plus en plus sur une puce informatique, sapant la tendance que Gordon Moore a observée pour la première fois en 1965 : que le nombre a doublé environ tous les deux ans.

Mais une tendance tout aussi importante en matière de puissance de traitement s'est essoufflée bien plus tôt : «Détartrage de Dennard,” qui indiquait que la consommation électrique des transistors diminuait en fonction de leur taille. C'était une tendance très utile, car les puces chauffent rapidement et s'endommagent si elles consomment trop d'énergie. La mise à l'échelle de Dennard signifiait que chaque fois que les transistors shrank, tout comme leur consommation d'énergie, ce qui a permis de faire fonctionner les puces plus rapidement sans les surchauffer.

Mais cette tendance s'est dissipée en 2005 en raison de l'impact accru des fuites de courant à de très petites échelles, et l'augmentation exponentielle des fréquences d'horloge des puces s'est essoufflée. Les fabricants de puces ont réagi en passant au traitement multicœur, où de nombreux petits processeurs fonctionnent en parallèle pour terminer les tâches plus rapidement, mais les fréquences d'horloge sont restées plus ou moins stagnantes depuis lors.

Aujourd'hui, cependant, des chercheurs ont démontré les bases d'une technologie qui pourrait permettre des fréquences d'horloge un million de fois supérieures à celles des puces d'aujourd'hui. L'approche repose sur l'utilisation de lasers pour déclencher une rafale ultra-rapides d'électricité et a été utilisé pour créer la porte logique la plus rapide de tous les temps, la pierre angulaire de tous les ordinateurs.

L'« électronique à ondes lumineuses » repose sur le fait qu'il est possible d'utiliser la lumière laser pour exciter des électrons dans des matériaux conducteurs. Les chercheurs ont déjà démontré que les impulsions laser ultra-rapides sont capables de générer des rafales de courant sur des échelles de temps femtosecondes, soit un millionième de milliardième de seconde.

Faire quoi que ce soit d'utile avec eux s'est avéré plus insaisissable, mais dans un papier dans Nature, les chercheurs ont utilisé une combinaison d'études théoriques et de travaux expérimentaux pour trouver un moyen d'utiliser ce phénomène pour le traitement de l'information.

Lorsque l'équipe a tiré son laser ultra-rapide sur un fil de graphène tendu entre deux électrodes en or, il a produit deux types de courants différents. Certains des électrons excités par la lumière ont continué à se déplacer dans une direction particulière une fois la lumière éteinte, tandis que d'autres were transitoire et were seulement en mouvement tandis que la lumière waest allumé. Les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient contrôler le type de courant créé en modifiant la forme de leurs impulsions laser, ce qui a ensuite été utilisé comme base de leur porte logique.

Les portes logiques fonctionnent en prenant deux entrées, soit 1 ou 0, en les traitant et en fournissant une seule sortie. Les règles de traitement exactes dépendent du type de porte logique qui les implémente, mais par exemple, une porte ET ne produit un 1 que si ses deux entrées sont à 1, sinon elle produit un 0.

Dans le nouveau schéma des chercheurs, deux lasers synchronisés sont utilisés pour créer des rafales de courants transitoires ou permanents, qui agissent comme entrées de la porte logique. Ces courants peuvent s'additionner ou s'annuler pour fournir l'équivalent d'un 1 ou d'un 0 en sortie.

Et en raison des vitesses extrêmes des impulsions laser, la porte résultante est capable de fonctionner à des vitesses de l'ordre du pétahertz, qui sont un million de fois plus rapides que les vitesses de gigahertz que les puces informatiques les plus rapides d'aujourd'hui peuvent gérer.

De toute évidence, la configuration est beaucoup plus grande et plus complexe que le simple agencement de transistors utilisé pour les portes logiques conventionnelles, et la réduire aux échelles requises pour fabriquer des puces pratiques sera une tâche colossale.

Mais alors que l'informatique pétahertz n'est pas au coin de la rue de sitôt, la nouvelle recherche suggère que l'électronique à ondes lumineuses pourrait être une nouvelle voie prometteuse et puissante à explorer pour l'avenir de informatique.

Crédit d'image : Université de Rochester / Michael Osadciw

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