Cổng logic mới nhanh hơn hàng triệu lần so với các chip thông minh dữ liệu PlatoBlockchain ngày nay. Tìm kiếm dọc. Ái.

Các cổng logic mới nhanh hơn hàng triệu lần so với chip ngày nay

Dấu thời gian: 23:2022 sáng ngày 10 tháng 00 năm XNUMX
cổng logic máy tính sóng ánh sáng nhanh

As Định luật Moore bắt đầu chậm lại, việc tìm kiếm đang được tiến hành để tìm ra những cách thức mới để giữ cho tốc độ xử lý tiếp tục tăng theo cấp số nhân. Nghiên cứu mới cho thấy rằng một cách tiếp cận kỳ lạ được gọi là “điện tử sóng ánh sáng” có thể là một hướng đi mới đầy hứa hẹn.

Mặc dù sự đổi mới trong chip máy tính còn lâu mới chết, nhưng có những dấu hiệu cho thấy sự gia tăng theo cấp số nhân của sức mạnh tính toán mà chúng ta đã sử dụng trong hơn 50 năm qua là bắt đầu chậm lại. Khi các bóng bán dẫn co lại gần như quy mô nguyên tử, việc ép chặt vào chip máy tính ngày càng khó hơn bao giờ hết, phá vỡ xu hướng mà Gordon Moore quan sát thấy lần đầu tiên vào năm 1965: đó là con số tăng gấp đôi khoảng hai năm một lần.

Nhưng một xu hướng quan trọng không kém trong công suất xử lý đã biến mất sớm hơn nhiều: "Chia tỷ lệ,”Trong đó tuyên bố rằng mức tiêu thụ điện năng của các bóng bán dẫn phù hợp với kích thước của chúng. Đây là một xu hướng rất hữu ích, bởi vì các con chip nhanh chóng nóng lên và bị hỏng nếu chúng tiêu thụ quá nhiều điện năng. Thay đổi tỷ lệ Dennard có nghĩa là mỗi khi bóng bán dẫn tắtank, mức tiêu thụ điện năng của chúng cũng vậy, giúp chúng có thể chạy chip nhanh hơn mà không làm chúng quá nóng.

Nhưng xu hướng này đã trở lại vào năm 2005 do tác động gia tăng của hiện tượng rò rỉ dòng điện ở quy mô rất nhỏ, và tốc độ xung nhịp chip tăng theo cấp số nhân giảm dần. Các nhà sản xuất chip đáp ứng bằng cách chuyển sang xử lý đa lõi, nơi nhiều bộ xử lý nhỏ chạy song song để hoàn thành công việc nhanh hơn, nhưng tốc độ xung nhịp ít nhiều vẫn trì trệ kể từ đó.

Tuy nhiên, giờ đây, các nhà nghiên cứu đã chứng minh được nền tảng của một công nghệ có thể cho phép tốc độ xung nhịp cao hơn một triệu lần so với chip ngày nay. Phương pháp này dựa vào việc sử dụng tia laser để tạo ra chùm tia cực nhanhs điện và đã được sử dụng để tạo ra cổng logic nhanh nhất từ ​​trước đến nay — khối xây dựng cơ bản của tất cả các máy tính.

Cái gọi là “điện tử sóng ánh sáng” dựa trên thực tế là có thể sử dụng ánh sáng laze để kích thích các electron trong vật liệu dẫn điện. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng các xung laser cực nhanh có thể tạo ra dòng điện bùng phát trên các thang thời gian femto giây — một phần triệu của một phần tỷ giây.

Làm bất cứ điều gì hữu ích với chúng đã được chứng minh là khó nắm bắt hơn, nhưng trong một giấy trong Thiên nhiên, các nhà nghiên cứu đã sử dụng kết hợp các nghiên cứu lý thuyết và công việc thực nghiệm để tìm ra cách sử dụng hiện tượng này để xử lý thông tin.

Khi nhóm nghiên cứu bắn tia laser cực nhanh của họ vào một sợi dây graphene được xâu giữa hai điện cực vàng, nó tạo ra hai loại dòng điện khác nhau. Một số electron bị kích thích bởi ánh sáng tiếp tục di chuyển theo một hướng cụ thể sau khi đèn tắt, trong khi những electron khác wethoáng qua và wechỉ chuyển động trong khi ánh sáng waCon trai. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng họ có thể kiểm soát loại dòng điện được tạo ra bằng cách thay đổi hình dạng của các xung laser của chúng, điều này sau đó được sử dụng làm cơ sở của cổng logic của họ.

Cổng logic hoạt động bằng cách lấy hai đầu vào — 1 hoặc 0 — xử lý chúng và cung cấp một đầu ra duy nhất. Các quy tắc xử lý chính xác phụ thuộc vào loại cổng logic triển khai chúng, nhưng ví dụ, cổng AND chỉ xuất ra 1 nếu cả hai đầu vào của nó là 1, nếu không thì xuất ra 0.

Trong sơ đồ mới của các nhà nghiên cứu, hai tia laser đồng bộ được sử dụng để tạo ra các vụ nổ của dòng điện nhất thời hoặc vĩnh viễn, đóng vai trò là đầu vào của cổng logic. Các dòng điện này có thể cộng hoặc triệt tiêu lẫn nhau để cung cấp đầu ra tương đương với giá trị 1 hoặc 0.

Và vì tốc độ cực đại của các xung laser, cổng kết quả có khả năng hoạt động ở tốc độ petahertz, nhanh hơn một triệu lần so với tốc độ gigahertz mà các chip máy tính nhanh nhất hiện nay có thể quản lý.

Rõ ràng, thiết lập lớn hơn và phức tạp hơn rất nhiều so với cách sắp xếp đơn giản của các bóng bán dẫn được sử dụng cho các cổng logic thông thường, và thu nhỏ nó xuống các quy mô cần thiết để tạo ra chip thực tế sẽ là một nhiệm vụ khổng lồ.

Nhưng trong khi điện toán petahertz không sớm xuất hiện, nghiên cứu mới cho thấy rằng điện tử sóng ánh sáng có thể là một con đường mới đầy hứa hẹn và mạnh mẽ để khám phá cho tương lai của máy tính.

Tín dụng hình ảnh: Đại học Rochester / Michael Osadciw

Dấu thời gian:

Thêm từ Trung tâm cá biệt