Novas portas lógicas são um milhão de vezes mais rápidas que os chips atuais

As lei de Moore começa a desacelerar, começa a busca por novas maneiras de manter o aumento exponencial nas velocidades de processamento. Novas pesquisas sugerem que uma abordagem exótica conhecida como “eletrônica de ondas luminosas” poderia ser um novo caminho promissor.

Embora a inovação em chips de computador esteja longe de morrer, há sinais de que o aumento exponencial do poder computacional ao qual nos acostumamos nos últimos 50 anos está começando a desacelerar. À medida que os transistores encolhem até escalas quase atômicas, fica cada vez mais difícil comprimi-los em um chip de computador, minando a tendência que Gordon Moore observou pela primeira vez em 1965: o número duplicava aproximadamente a cada dois anos.

Mas uma tendência igualmente importante no poder de processamento desapareceu muito antes: “Escala de Dennard,”que afirmava que o consumo de energia dos transistores caía de acordo com seu tamanho. Esta foi uma tendência muito útil, porque os chips aquecem rapidamente e ficam danificados se consumirem muita energia. A escala de Dennard significava que toda vez que os transistores encolhiamank, o mesmo aconteceu com o consumo de energia, o que tornou possível operar os chips mais rapidamente sem superaquecê-los.

Mas esta tendência foi interrompida em 2005 devido ao impacto crescente da fuga de corrente em escalas muito pequenas, e o aumento exponencial nas taxas de clock dos chips desapareceu. Os fabricantes de chips responderam mudando para o processamento multi-core, onde muitos processadores pequenos funcionam em paralelo para concluir tarefas mais rapidamente, mas as taxas de clock permaneceram mais ou menos estagnadas desde então.

Agora, porém, os pesquisadores demonstraram os fundamentos de uma tecnologia que poderia permitir taxas de clock um milhão de vezes maiores que as dos chips atuais. A abordagem depende do uso de lasers para provocar rajadas ultrarrápidass de eletricidade e tem sido usado para criar a porta lógica mais rápida de todos os tempos – o alicerce fundamental de todos os computadores.

A chamada “eletrônica de ondas de luz” baseia-se no fato de que é possível usar luz laser para excitar elétrons em materiais condutores. Os pesquisadores já demonstraram que pulsos de laser ultrarrápidos são capazes de gerar rajadas de corrente em escalas de tempo de femtossegundos – um milionésimo de bilionésimo de segundo.

Fazer algo útil com eles provou ser mais difícil, mas de uma forma em papel Natureza, os pesquisadores usaram uma combinação de estudos teóricos e trabalhos experimentais para conceber uma maneira de usar esse fenômeno para processamento de informações.

Quando a equipe disparou seu laser ultrarrápido contra um fio de grafeno amarrado entre dois eletrodos de ouro, produziu dois tipos diferentes de correntes. Alguns dos elétrons excitados pela luz continuaram a se mover em uma direção específica depois que a luz foi desligada, enquanto outros weé transitório e weestamos apenas em movimento enquanto a luz wafilho. Os pesquisadores descobriram que poderiam controlar o tipo de corrente criada alterando a forma dos pulsos de laser, que foi então usado como base de sua porta lógica.

As portas lógicas funcionam recebendo duas entradas – 1 ou 0 – processando-as e fornecendo uma única saída. As regras exatas de processamento dependem do tipo de porta lógica que as implementa, mas, por exemplo, uma porta AND só produz 1 se ambas as entradas forem 1, caso contrário, produz 0.

No novo esquema dos pesquisadores, dois lasers sincronizados são usados ​​para criar rajadas de correntes transitórias ou permanentes, que atuam como entradas para a porta lógica. Essas correntes podem se somar ou se cancelar para fornecer o equivalente a 1 ou 0 como saída.

E devido às velocidades extremas dos pulsos de laser, a porta resultante é capaz de operar a velocidades na ordem de petahertz, que é um milhão de vezes mais rápida do que as velocidades de gigahertz que os chips de computador mais rápidos de hoje podem gerenciar.

Obviamente, a configuração é muito maior e mais complexa do que o simples arranjo de transistores usados ​​para portas lógicas convencionais, e reduzi-la às escalas necessárias para fazer chips práticos será uma tarefa gigantesca.

Mas embora a computação petahertz não esteja chegando tão cedo, a nova pesquisa sugere que a eletrônica das ondas de luz pode ser um novo caminho promissor e poderoso a ser explorado para o futuro da computação.

Crédito da imagem: Universidade de Rochester / Michael Osadciw

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