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Le nuove porte logiche sono un milione di volte più veloci dei chip di oggi

Timestamp: 23 maggio 2022 10:00
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As Legge di Moore inizia a rallentare, è in corso la ricerca di nuovi modi per mantenere l'aumento esponenziale della velocità di elaborazione. Una nuova ricerca suggerisce che un approccio esotico noto come “elettronica delle onde luminose” potrebbe essere una nuova strada promettente.

Sebbene l’innovazione nel campo dei chip per computer sia tutt’altro che morta, ci sono segnali che l’aumento esponenziale della potenza di calcolo a cui ci siamo abituati negli ultimi 50 anni sia ormai in declino. iniziando a rallentare. Man mano che i transistor si riducono a dimensioni quasi atomiche, diventa sempre più difficile inserirne di più in un chip di computer, minando la tendenza che Gordon Moore osservò per la prima volta nel 1965: ovvero che il numero raddoppia all'incirca ogni due anni.

Ma una tendenza altrettanto importante nella potenza di elaborazione si è esaurita molto prima: “Ridimensionamento di Dennard," in cui si affermava che il consumo energetico dei transistor era in linea con le loro dimensioni. Questa è stata una tendenza molto utile, perché i chip si surriscaldano rapidamente e si danneggiano se assorbono troppa energia. Il ridimensionamento di Dennard significava che ogni volta che i transistor si shrank, così come il loro consumo energetico, che ha permesso di far funzionare i chip più velocemente senza surriscaldarli.

Ma questa tendenza si è interrotta nel 2005 a causa del maggiore impatto della dispersione di corrente su scala molto piccola e l’aumento esponenziale delle frequenze di clock dei chip si è esaurito. I produttori di chip hanno risposto passando all’elaborazione multi-core, dove molti piccoli processori funzionano in parallelo per completare i lavori più velocemente, ma da allora le frequenze di clock sono rimaste più o meno stagnanti.

Ora, però, i ricercatori hanno dimostrato le basi di una tecnologia che potrebbe consentire frequenze di clock un milione di volte superiori a quelle dei chip odierni. L’approccio si basa sull’uso dei laser per suscitare raffiche ultravelocis di elettricità ed è stato utilizzato per creare la porta logica più veloce di sempre, l’elemento fondamentale di tutti i computer.

La cosiddetta “elettronica delle onde luminose” si basa sul fatto che è possibile utilizzare la luce laser per eccitare gli elettroni nei materiali conduttori. I ricercatori hanno già dimostrato che gli impulsi laser ultraveloci sono in grado di generare esplosioni di corrente su scale temporali di femtosecondi: un milionesimo di miliardesimo di secondo.

Fare qualcosa di utile con loro si è rivelato più sfuggente, ma in a carta dentro Natura, i ricercatori hanno utilizzato una combinazione di studi teorici e lavoro sperimentale per ideare un modo per utilizzare questo fenomeno per l'elaborazione delle informazioni.

Quando il team ha sparato con il laser ultraveloce su un filo di grafene infilato tra due elettrodi d’oro, ha prodotto due diversi tipi di correnti. Alcuni degli elettroni eccitati dalla luce continuavano a muoversi in una direzione particolare una volta spenta la luce, mentre altri were transitorio e wesei solo in movimento mentre la luce wafiglio. I ricercatori hanno scoperto che potevano controllare il tipo di corrente creata alterando la forma dei loro impulsi laser è stato quindi utilizzato come base della loro porta logica.

Le porte logiche funzionano prendendo due input, 1 o 0, elaborandoli e fornendo un singolo output. Le esatte regole di elaborazione dipendono dal tipo di porta logica che le implementa, ma ad esempio, una porta AND emette un 1 solo se entrambi i suoi ingressi sono 1, altrimenti emette uno 0.

Nel nuovo schema dei ricercatori, due laser sincronizzati vengono utilizzati per creare raffiche di correnti transitorie o permanenti, che fungono da ingressi alla porta logica. Queste correnti possono sommarsi o annullarsi a vicenda per fornire l'equivalente di 1 o 0 come uscita.

E a causa delle velocità estreme degli impulsi laser, il gate risultante è in grado di funzionare a velocità dell'ordine dei petahertz, che è un milione di volte più veloce della velocità dei gigahertz che i chip dei computer più veloci di oggi possono gestire.

Ovviamente, la configurazione è molto più grande e complessa della semplice disposizione dei transistor utilizzati per le porte logiche convenzionali, e ridurla alle scale necessarie per realizzare chip pratici sarà un compito immane.

Ma anche se il calcolo dei petahertz non è dietro l’angolo, la nuova ricerca suggerisce che l’elettronica delle onde luminose potrebbe essere una nuova strada promettente e potente da esplorare per il futuro dell’informatica. informatica.

Credito immagine: Università di Rochester / Michael Osadciw

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