新的逻辑门比今天的芯片快一百万倍

As 摩尔定律 随着处理速度开始减慢，人们正在寻找新的方法来保持处理速度的指数级增长。新的研究表明，一种被称为“光波电子学”的奇异方法可能是一种有前途的新途径。

虽然计算机芯片的创新远未消亡，但有迹象表明，我们在过去 50 年里已经习惯了计算能力的指数级增长。 开始放慢。随着晶体管缩小到接近原子尺度，将更多晶体管压缩到计算机芯片上变得越来越困难，这削弱了戈登摩尔在 1965 年首次观察到的趋势：晶体管数量大约每两年翻一番。

但处理能力方面的一个同样重要的趋势很早就消失了：“丹纳德缩放,”其中指出晶体管的功耗与其尺寸一致。这是一个非常有用的趋势，因为如果芯片消耗过多的功率，它们会迅速升温并损坏。登纳德缩放意味着晶体管每次缩小ank，它们的功耗也增加了，这使得芯片可以更快地运行而不会过热。

但这种趋势在 2005 年被打破，因为极小尺度的电流泄漏影响增加，芯片时钟速率的指数增长逐渐消失。芯片制造商的应对措施是转向多核处理，其中许多小型处理器并行运行以更快地完成工作，但自那时起时钟速率或多或少保持停滞。

不过现在，研究人员已经展示了一项技术的基础，该技术可以使时钟频率比当今的芯片高一百万倍。该方法依赖于使用激光来引发超快爆发s 电力，并已被用来创建有史以来最快的逻辑门——所有计算机的基本构建模块。

所谓的“光波电子学”依赖于这样一个事实：可以使用激光来激发导电材料中的电子。研究人员已经证明，超快激光脉冲能够在飞秒时间尺度（十亿分之一秒的百万分之一）内产生电流爆发。

事实证明，用它们做任何有用的事情更加难以捉摸，但在 进纸 自然, 研究人员结合理论研究和实验工作，设计了一种利用这种现象进行信息处理的方法。

当研究小组向串在两个金电极之间的石墨烯线发射超快激光时，它产生了两种不同的电流。一旦灯关闭，一些被光激发的电子继续沿特定方向移动，而另一些电子则继续沿特定方向移动。 we再瞬态和 we只有在有光的情况下才会运动 wa儿子。研究人员发现，他们可以通过改变激光脉冲的形状来控制产生的电流类型，这 然后被用作逻辑门的基础。

逻辑门的工作原理是采用两个输入（1 或 0）对其进行处理，并提供单个输出。确切的处理规则取决于实现它们的逻辑门的类型，但例如，与门仅在其两个输入均为 1 时输出 1，否则输出 0。

在研究人员的新方案中，两个同步激光器用于产生瞬态或永久电流的突发，作为逻辑门的输入。这些电流可以相加或相互抵消，以提供相当于 1 或 0 的输出。

由于激光脉冲的极高速度，由此产生的门能够以拍赫兹的速度运行，这比当今最快的计算机芯片可以管理的千兆赫兹速度快一百万倍。

显然，该装置比用于传统逻辑门的晶体管的简单排列要大得多且复杂得多，将其缩小到制造实用芯片所需的规模将是一项艰巨的任务。

但是，虽然太赫兹计算不会很快出现，但新的研究表明，光波电子学可能是探索未来的一个有前途且强大的新途径。 计算.

图片来源：罗切斯特大学/Michael Osadciw

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