Logic Gates ใหม่เร็วกว่า Chips PlatoBlockchain Data Intelligence ในปัจจุบันถึงล้านเท่า ค้นหาแนวตั้ง AI.

Logic Gates ใหม่เร็วกว่าชิปในปัจจุบันถึงล้านเท่า

ประทับเวลา: 23 พฤษภาคม 2022 10:00 น
คลื่นแสง อิเล็กทรอนิกส์ คอมพิวเตอร์ ลอจิกเกต รวดเร็ว

As กฎของมัวร์ เริ่มช้าลง การค้นหาวิธีใหม่ๆ ในการรักษาความเร็วในการประมวลผลที่เพิ่มขึ้นแบบทวีคูณยังคงดำเนินต่อไป การวิจัยใหม่ชี้ให้เห็นว่าแนวทางแปลกใหม่ที่เรียกว่า "อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์คลื่นแสง" อาจเป็นแนวทางใหม่ที่น่าหวัง

ในขณะที่นวัตกรรมในชิปคอมพิวเตอร์ยังไม่ตาย มีสัญญาณว่าพลังการประมวลผลที่เพิ่มขึ้นแบบทวีคูณที่เราคุ้นเคยตลอด 50 ปีที่ผ่านมาคือ เริ่มช้าลง. เมื่อทรานซิสเตอร์หดตัวจนเกือบถึงระดับอะตอม การบีบลงบนชิปคอมพิวเตอร์ก็ยิ่งยากขึ้นเรื่อยๆ โดยตัดทอนแนวโน้มที่ Gordon Moore สังเกตเห็นครั้งแรกในปี 1965: จำนวนนี้เพิ่มขึ้นสองเท่าทุกๆ สองปีโดยประมาณ

แต่แนวโน้มที่สำคัญไม่แพ้กันในพลังการประมวลผลเกิดขึ้นก่อนหน้านี้มาก: “การปรับสเกลเดนนาร์ด,” ซึ่งระบุว่าการใช้พลังงานของทรานซิสเตอร์ลดลงตามขนาดของมัน นี่เป็นแนวโน้มที่มีประโยชน์มาก เนื่องจากชิปจะร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วและได้รับความเสียหายหากดึงพลังงานมากเกินไป การปรับสเกลของ Dennard หมายความว่าทุกครั้งที่ทรานซิสเตอร์หดตัวank การใช้พลังงานก็เช่นกัน ซึ่งทำให้สามารถรันชิปได้เร็วขึ้นโดยไม่ทำให้ร้อนเกินไป

แต่แนวโน้มนี้กลับมาไม่ติดขัดในปี 2005 เนื่องจากผลกระทบที่เพิ่มขึ้นจากการรั่วไหลของกระแสไฟฟ้าในระดับที่น้อยมาก และอัตรานาฬิกาชิปที่เพิ่มขึ้นแบบทวีคูณก็ลดลง ผู้ผลิตชิปตอบสนองด้วยการเปลี่ยนไปใช้การประมวลผลแบบมัลติคอร์ ซึ่งโปรเซสเซอร์ขนาดเล็กจำนวนมากทำงานคู่ขนานเพื่อให้งานเสร็จเร็วขึ้น แต่อัตรานาฬิกายังคงนิ่งไม่มากก็น้อยตั้งแต่นั้นมา

ขณะนี้ นักวิจัยได้แสดงให้เห็นรากฐานของเทคโนโลยีที่อาจทำให้อัตรานาฬิกาสูงกว่าชิปในปัจจุบันถึงหนึ่งล้านเท่า วิธีการนี้อาศัยการใช้เลเซอร์เพื่อกระตุ้นการระเบิดที่รวดเร็วเป็นพิเศษs และถูกนำมาใช้เพื่อสร้างลอจิกเกตที่เร็วที่สุดเท่าที่เคยมีมา ซึ่งเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของคอมพิวเตอร์ทุกเครื่อง

สิ่งที่เรียกว่า "อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์คลื่นแสง" ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่ามันเป็นไปได้ที่จะใช้แสงเลเซอร์เพื่อกระตุ้นอิเล็กตรอนในการนำวัสดุ นักวิจัยได้แสดงให้เห็นแล้วว่าพัลส์เลเซอร์ที่เร็วเป็นพิเศษสามารถสร้างกระแสระเบิดในช่วงเวลาเฟมโตวินาที—หนึ่งในล้านของหนึ่งในพันล้านของวินาที

การทำอะไรก็ตามที่เป็นประโยชน์กับพวกเขานั้นพิสูจน์แล้วว่ายากกว่า แต่ในก กระดาษเข้า ธรรมชาติ, นักวิจัยใช้การผสมผสานระหว่างการศึกษาเชิงทฤษฎีและงานทดลองเพื่อคิดค้นวิธีการใช้ปรากฏการณ์นี้ในการประมวลผลข้อมูล

เมื่อทีมงานยิงเลเซอร์ความเร็วสูงไปที่ลวดกราฟีนที่พันระหว่างอิเล็กโทรดทองคำ XNUMX อิเล็กโทรด จะทำให้เกิดกระแสที่แตกต่างกัน XNUMX แบบ อิเล็กตรอนบางตัวที่ตื่นเต้นกับแสงยังคงเคลื่อนที่ไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งเมื่อปิดไฟแล้ว ในขณะที่บางตัวก็เคลื่อนที่ต่อไป weชั่วคราวและ weเคลื่อนไหวเฉพาะเมื่อมีแสงเท่านั้น waลูกชาย. นักวิจัยพบว่าสามารถควบคุมประเภทของกระแสที่สร้างขึ้นโดยการเปลี่ยนรูปร่างของพัลส์เลเซอร์ซึ่ง จากนั้นจึงถูกใช้เป็นพื้นฐานของลอจิกเกต

ลอจิกเกตทำงานโดยรับอินพุตสองตัว 1 หรือ 0 มาประมวลผล และจัดเตรียมเอาต์พุตตัวเดียว กฎการประมวลผลที่แน่นอนขึ้นอยู่กับประเภทของลอจิกเกตที่ใช้งาน แต่ตัวอย่างเช่น เกท AND จะส่งเอาต์พุตเป็น 1 เท่านั้น หากอินพุตทั้งสองเป็น 1 มิฉะนั้นเอาต์พุตจะเป็น 0

ในโครงการใหม่ของนักวิจัย มีการใช้เลเซอร์ซิงโครไนซ์สองตัวเพื่อสร้างการระเบิดของกระแสชั่วคราวหรือกระแสถาวร ซึ่งทำหน้าที่เป็นอินพุตไปยังลอจิกเกต กระแสเหล่านี้สามารถรวมกันหรือยกเลิกซึ่งกันและกันเพื่อให้มีค่าเทียบเท่ากับ 1 หรือ 0 เป็นเอาต์พุต

และเนื่องจากความเร็วของพัลส์เลเซอร์ที่สูงมาก ประตูผลลัพธ์จึงสามารถทำงานได้ที่ความเร็วในระดับเพตะเฮิร์ตซ์ ซึ่งเร็วกว่าความเร็วกิกะเฮิร์ตซ์ที่ชิปคอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดในปัจจุบันสามารถจัดการได้หนึ่งล้านเท่า

แน่นอนว่าการตั้งค่ามีขนาดใหญ่กว่าและซับซ้อนกว่าการจัดเรียงทรานซิสเตอร์แบบธรรมดาที่ใช้สำหรับลอจิกเกตทั่วไป และการย่อขนาดให้เหลือขนาดที่จำเป็นในการสร้างชิปที่ใช้งานได้จริงจะเป็นงานที่ยิ่งใหญ่

แต่ในขณะที่การคำนวณเพตะเฮิร์ตซ์ไม่ได้อยู่ใกล้แค่เอื้อมในเร็วๆ นี้ งานวิจัยใหม่ชี้ให้เห็นว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบคลื่นแสงอาจเป็นหนทางใหม่ที่มีแนวโน้มและทรงพลังในการสำรวจอนาคตของ การคำนวณ.

เครดิตรูปภาพ: มหาวิทยาลัย Rochester / Michael Osadciw

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก Hub เอกพจน์