Новые логические элементы в миллион раз быстрее современных чипов

As Закон Мура начинает замедляться, идет поиск новых способов сохранить экспоненциальный рост скорости обработки. Новое исследование предполагает, что экзотический подход, известный как «электроника световых волн», может стать новым многообещающим направлением.

Хотя инновации в компьютерных чипах далеко не умерли, есть признаки того, что экспоненциальный рост вычислительной мощности, к которому мы привыкли за последние 50 лет, начинает замедляться. По мере того, как размеры транзисторов уменьшаются почти до атомных размеров, становится все труднее втиснуть их в компьютерный чип, что подрывает тенденцию, которую Гордон Мур впервые заметил в 1965 году: их число удваивалось примерно каждые два года.

Но не менее важная тенденция в вычислительной мощности сошла на нет гораздо раньше: «Деннард Скейлинг,», в котором говорилось, что потребляемая мощность транзисторов упала в соответствии с их размерами. Это была очень полезная тенденция, потому что микросхемы быстро нагреваются и выходят из строя, если потребляют слишком много энергии. Масштабирование Деннарда означало, что каждый раз, когда транзисторыank, как и их энергопотребление, что позволяло быстрее запускать чипы, не перегревая их.

Но эта тенденция нарушилась еще в 2005 году из-за возросшего влияния утечки тока на очень маленькие масштабы, и экспоненциальный рост тактовой частоты чипа прекратился. В ответ производители микросхем перешли на многоядерную обработку, когда множество небольших процессоров работают параллельно для более быстрого выполнения задач, но с тех пор тактовые частоты оставались более или менее неизменными.

Однако теперь исследователи продемонстрировали основы технологии, которая может обеспечить тактовую частоту в миллион раз выше, чем у современных чипов. Подход основан на использовании лазеров для получения сверхбыстрых всплесков.s электроэнергии и был использован для создания самого быстрого логического элемента — фундаментального строительного блока всех компьютеров.

Так называемая «световолновая электроника» основана на том факте, что можно использовать лазерный свет для возбуждения электронов в проводящих материалах. Исследователи уже продемонстрировали, что сверхбыстрые лазерные импульсы способны генерировать всплески тока в фемтосекундном масштабе — миллионную от миллиардной доли секунды.

Делать с ними что-то полезное оказалось труднодостижимым, но в бумага в природа, исследователи использовали сочетание теоретических исследований и экспериментальной работы, чтобы разработать способ использования этого явления для обработки информации.

Когда команда направила свой сверхбыстрый лазер на графеновую проволоку, натянутую между двумя золотыми электродами, она произвела два разных вида тока. Некоторые из электронов, возбужденных светом, продолжали двигаться в определенном направлении после выключения света, в то время как другие weповторное и weтолько в движении, пока свет waс. Исследователи обнаружили, что они могут контролировать тип создаваемого тока, изменяя форму своих лазерных импульсов. затем использовался в качестве основы их логического вентиля.

Логические вентили работают, принимая два входа — либо 1, либо 0 — обрабатывая их и предоставляя один выход. Точные правила обработки зависят от типа реализующего их логического элемента, но, например, логический элемент И выводит 1 только в том случае, если оба его входа равны 1, в противном случае он выводит 0.

В новой схеме исследователей два синхронизированных лазера используются для создания всплесков переходных или постоянных токов, которые действуют как входы в логический вентиль. Эти токи могут суммироваться или компенсировать друг друга, чтобы обеспечить эквивалент 1 или 0 на выходе.

И из-за экстремальных скоростей лазерных импульсов получившийся затвор способен работать на скоростях в петагерцах, что в миллион раз выше, чем гигагерцовые скорости, с которыми могут работать самые быстрые сегодня компьютерные чипы.

Очевидно, что установка намного больше и сложнее, чем простое расположение транзисторов, используемых для обычных логических вентилей, и уменьшить ее до масштабов, необходимых для создания практических микросхем, будет гигантской задачей.

Но хотя петагерцовые вычисления не за горами в ближайшее время, новое исследование предполагает, что электроника световых волн может стать многообещающим и мощным новым направлением для изучения будущего. вычисление.

Изображение предоставлено: Университет Рочестера / Майкл Осадцив.

• Коинсмарт. Лучшая в Европе биржа биткойнов и криптовалют.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. БЕСПЛАТНЫЙ ДОСТУП.
• КриптоХок. Альткоин Радар. Бесплатная пробная версия.
• Источник: https://singularityhub.com/2022/05/23/new-logic-gates-are-a-million-times-faster-than-todays-chips/