新しい論理ゲートは、今日のチップよりも数百万倍高速です

As ムーアの法則 速度が低下し始め、処理速度の指数関数的な上昇を維持するための新しい方法が模索されています。 新しい研究は、「光波エレクトロニクス」として知られるエキゾチックなアプローチが有望な新しい道である可能性があることを示唆しています。

コンピュータチップの革新は決して死んではいないものの、過去50年間に私たちが慣れ親しんできた計算能力の指数関数的な増加は 遅くなり始めた。 トランジスタがほぼ原子スケールに縮小するにつれて、コンピュータチップにこれまで以上に押し込むことが難しくなり、ゴードン・ムーアが1965年に最初に観察した傾向、つまり数が約XNUMX年ごとにXNUMX倍になるという傾向を打ち負かしています。

しかし、処理能力の同様に重要な傾向は、はるかに早い段階で消えていきました。デナードスケーリング,」は、トランジスタの消費電力がそのサイズに沿って低下したと述べています。 これは非常に有用な傾向でした。なぜなら、チップは電力を消費しすぎるとすぐに熱くなり、損傷するからです。 デナード則は、トランジスタが収縮するたびにank、消費電力も同様で、過熱することなくチップをより速く実行することが可能になりました。

しかし、この傾向は、非常に小さなスケールでの電流リークの影響が増大し、チップクロックレートの指数関数的な上昇が鈍化したため、2005年に解消されました。 チップメーカーはマルチコア処理に移行することで対応しました。マルチコア処理では、多くの小さなプロセッサが並行して実行され、ジョブをより高速に完了しますが、それ以降、クロックレートは多かれ少なかれ停滞しています。

しかし今では、研究者たちは、今日のチップよりもXNUMX万倍高いクロックレートを可能にする技術の基礎を実証しました。 このアプローチは、レーザーを使用して超高速バーストを引き出すことに依存していますs 電気を使用し、これまでで最速の論理ゲート（すべてのコンピューターの基本的な構成要素）を作成するために使用されてきました。

いわゆる「光波エレクトロニクス」は、レーザー光を使用して導電性材料の電子を励起することが可能であるという事実に依存しています。 研究者は、超高速レーザーパルスがフェムト秒のタイムスケール（XNUMX万分のXNUMX秒）で電流のバーストを生成できることをすでに実証しています。

それらを使って何か役に立つことをすることは、よりとらえどころのないことが証明されていますが、 紙の 自然, 研究者たちは、理論的研究と実験的研究を組み合わせて、この現象を情報処理に使用する方法を考案しました。

チームがXNUMXつの金電極の間に張られたグラフェンワイヤーに超高速レーザーを発射すると、XNUMX種類の電流が発生しました。 光によって励起された電子の一部は、光がオフになると特定の方向に移動し続けましたが、他の電子は we再一時的および we光が当たっている間だけ動いている waに。 研究者たちは、レーザーパルスの形状を変えることで生成される電流の種類を制御できることを発見しました。 その後、論理ゲートの基礎として使用されました。

論理ゲートは、1つの入力（0または1）を取得してそれらを処理し、単一の出力を提供することによって機能します。 正確な処理規則は、それらを実装する論理ゲートの種類によって異なりますが、たとえば、ANDゲートは両方の入力が1の場合にのみ0を出力し、それ以外の場合はXNUMXを出力します。

研究者の新しいスキームでは、1つの同期レーザーを使用して、論理ゲートへの入力として機能する過渡電流または永久電流のバーストを作成します。 これらの電流は、出力として0またはXNUMXに相当するものを提供するために、互いに加算またはキャンセルすることができます。

また、レーザーパルスの速度が非常に速いため、結果として得られるゲートはペタヘルツの速度で動作できます。これは、今日の最速のコンピューターチップが管理できるギガヘルツの速度のXNUMX万倍です。

明らかに、セットアップは従来の論理ゲートに使用されるトランジスタの単純な配置よりもはるかに大きく複雑であり、実用的なチップを作成するために必要なスケールに縮小することは非常に大きな作業になります。

しかし、ペタヘルツコンピューティングはすぐに間近に迫っていませんが、新しい研究は、光波エレクトロニクスが将来の探求のための有望で強力な新しい道になる可能性があることを示唆しています コンピューティング.

画像クレジット：ロチェスター大学/ Michael Osadciw

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