Nowe bramki logiczne są milion razy szybsze niż dzisiejsze chipy PlatoBlockchain Data Intelligence. Wyszukiwanie pionowe. AI.

Nowe bramki logiczne są milion razy szybsze niż dzisiejsze chipy

Znacznik czasu: 23 maja 2022 r. 10:00
elektronika fal świetlnych obliczająca szybko bramkę logiczną

As Prawo Moore'a zaczyna zwalniać, trwają poszukiwania nowych sposobów na utrzymanie wykładniczego wzrostu prędkości przetwarzania. Nowe badania sugerują, że egzotyczne podejście znane jako „elektronika fal świetlnych” może być obiecującą nową drogą.

Chociaż innowacje w chipach komputerowych są dalekie od śmierci, istnieją oznaki, że wykładniczy wzrost mocy obliczeniowej, do którego przyzwyczailiśmy się w ciągu ostatnich 50 lat, jest zaczynam zwalniać. Ponieważ tranzystory kurczą się do skali niemal atomowej, coraz trudniej jest zmieścić coraz więcej na chipie komputerowym, podcinając trend, który Gordon Moore po raz pierwszy zaobserwował w 1965 r.: liczba podwajała się mniej więcej co dwa lata.

Ale równie ważny trend w mocy obliczeniowej wygasł znacznie wcześniej: „Skalowanie Dennarda,”, w którym stwierdzono, że pobór mocy tranzystorów był zgodny z ich wielkością. Była to bardzo przydatna tendencja, ponieważ żetony szybko się nagrzewają i ulegają uszkodzeniu, jeśli pobierają zbyt dużo energii. Skalowanie Dennarda oznaczało, że za każdym razem tranzystoryank, podobnie jak ich pobór mocy, co umożliwiło szybsze działanie chipów bez ich przegrzewania.

Jednak trend ten osłabł w 2005 roku ze względu na zwiększony wpływ upływu prądu w bardzo małych skalach i wykładniczy wzrost częstotliwości taktowania chipów. Producenci chipów zareagowali na to przejściem na przetwarzanie wielordzeniowe, gdzie wiele małych procesorów działa równolegle, aby szybciej wykonywać zadania, ale od tego czasu częstotliwości zegara pozostają mniej więcej w stagnacji.

Teraz jednak naukowcy zademonstrowali podstawy technologii, która może pozwolić na milion razy wyższe zegary niż dzisiejsze chipy. Podejście polega na użyciu laserów do wywoływania ultraszybkiego wybuchus energii elektrycznej i został wykorzystany do stworzenia najszybszej w historii bramki logicznej — podstawowego elementu konstrukcyjnego wszystkich komputerów.

Tak zwana „elektronika fal świetlnych” opiera się na fakcie, że możliwe jest wykorzystanie światła laserowego do wzbudzania elektronów w materiałach przewodzących. Naukowcy wykazali już, że ultraszybkie impulsy laserowe są w stanie generować impulsy prądu w femtosekundowych skalach czasowych — jednej milionowej miliardowej części sekundy.

Robienie z nimi czegoś pożytecznego okazało się bardziej nieuchwytne, ale w papier w Natura, badacze wykorzystali połączenie badań teoretycznych i prac eksperymentalnych, aby opracować sposób wykorzystania tego zjawiska do przetwarzania informacji.

Kiedy zespół wystrzelił ultraszybki laser na drut grafenowy rozpięty między dwiema złotymi elektrodami, wytworzył dwa różne rodzaje prądów. Niektóre elektrony wzbudzone przez światło poruszały się dalej w określonym kierunku po wyłączeniu światła, podczas gdy inne weponownie przejściowy i wesą w ruchu tylko wtedy, gdy światło was na. Naukowcy odkryli, że mogą kontrolować rodzaj wytwarzanego prądu poprzez zmianę kształtu ich impulsów laserowych, które: był następnie używany jako podstawa ich bramki logicznej.

Bramki logiczne działają poprzez pobranie dwóch wejść — 1 lub 0 — przetwarzanie ich i dostarczenie pojedynczego wyjścia. Dokładne reguły przetwarzania zależą od rodzaju bramki logicznej, która je implementuje, ale na przykład bramka AND wyprowadza tylko 1, jeśli oba jej wejścia mają wartość 1, w przeciwnym razie wyprowadza 0.

W nowym schemacie naukowców dwa zsynchronizowane lasery są wykorzystywane do tworzenia impulsów prądów nieustalonych lub stałych, które działają jako wejścia do bramki logicznej. Prądy te mogą się sumować lub znosić, aby zapewnić odpowiednik 1 lub 0 na wyjściu.

A ze względu na ekstremalne prędkości impulsów laserowych, uzyskana bramka może działać z prędkością petaherca, czyli milion razy większą niż prędkości gigahercowe, którymi mogą zarządzać dzisiejsze najszybsze układy komputerowe.

Oczywiście konfiguracja jest znacznie większa i bardziej złożona niż prosty układ tranzystorów używanych w konwencjonalnych bramkach logicznych, a zmniejszenie go do skali wymaganej do wytworzenia praktycznych chipów będzie gigantycznym zadaniem.

Ale chociaż obliczenia petahercowe nie są w najbliższym czasie za rogiem, nowe badania sugerują, że elektronika fal świetlnych może być obiecującą i potężną nową drogą do zbadania przyszłości computing.

Źródło zdjęcia: University of Rochester / Michael Osadciw

Znak czasu:

Więcej z Centrum osobliwości