Inilah mengapa kami belum memiliki komputasi berbasis cahaya

Pada prinsipnya, berkomunikasi dengan cahaya jauh lebih mudah daripada berkomunikasi dengan listrik. Kami telah melakukannya lebih lama, dalam teknologi mulai dari kebakaran sinyal hingga jaringan serat optik, karena foton memiliki kapasitas untuk memindahkan data jauh lebih cepat daripada elektron. Namun cahaya juga memiliki banyak masalah menjengkelkan yang tidak dimiliki elektron - masalah yang membuat cahaya tidak dapat menggantikan listrik pada skala nanometer komputasi modern. Untuk waktu yang lama, penghalang utama revolusi fotonik dalam komputasi, dan peningkatan eksponensial dalam kecepatan komputer, telah menjadi semacam permainan zero sum antara tiga pemain utama: ukuran, daya, dan panas.

Hal tentang cahaya adalah menurut standar atom ia sangat besar. Secara umum, panjang gelombang cahaya terkecil yang berguna untuk komputasi berada dalam kisaran inframerah, berukuran sekitar 1000 nm, sementara peningkatan pada transistor silikon telah membuatnya mencapai dan bahkan melewati ambang batas 10 nm. Litografi telah menghasilkan cara yang sangat cerdas dan kompleks untuk mendifraksi cahaya ke wafer silikon etsa dengan detail yang lebih kecil dari panjang gelombang cahaya yang melakukan etsa - hal yang sangat luar biasa - tetapi itu adalah permainan anak-anak dibandingkan dengan jenis super cepat, super kompleks. komunikasi yang kami perlukan di dalam prosesor komputer modern. Teknik yang ada dalam membelokkan gelombang cahaya tidak akan berhasil.

Serat optik, berwarna biru dan putih

Serat optik, berwarna biru dan putih.



Untuk mengatasi masalah ukuran dan membuat cahaya berguna pada timbangan yang kami butuhkan untuk kinerja komputer generasi berikutnya, para insinyur telah beralih ke sesuatu yang disebut 'plasmon permukaan'. Ini pada dasarnya adalah elektron yang telah tereksitasi sehingga mereka menari di sepanjang permukaan material, memanfaatkan keanehan kuantum untuk berperilaku dan melakukan perjalanan lebih seperti foton daripada elektron. Ini adalah titik tengah antara listrik dan cahaya, menggunakan banyak perilaku cahaya, tetapi secara fisik tetap terbatas pada ruang yang jauh lebih kecil tepat di permukaan kabel. Jika dibuat dengan kawat tembaga biasa, permukaan plasmon ini dapat bergerak lebih cepat daripada elektron normal dalam medium yang sama, dan bahkan mendekati kecepatan cahaya.

Kecepatan di mana kita dapat berkomunikasi dalam jarak jauh lebih penting ketika kita memiliki jarak yang lebih jauh untuk berkomunikasi, jadi aplikasi komputasi yang diasumsikan pertama untuk fotonik adalah dalam komunikasi jarak yang relatif jauh. antara inti prosesor. Saat ini, kabel tembaga menghubungkan komponen super cepat ini untuk memungkinkan mereka bekerja bersama - tetapi komunikasi antar inti mulai semakin tertinggal di belakang kecepatan salah satu inti tersebut secara individual. Jadi, jika kita ingin memanfaatkan semua potensi daya, katakanlah, prosesor 64-inti, kita harus menjaga agar inti tersebut tetap terkoordinasi dengan sesuatu yang jauh lebih cepat daripada elektron yang bergerak melalui kabel tembaga - sesuatu yang secepat cahaya akan lebih baik.

Masalah ketika Anda beralih dari gelombang cahaya ke plasmon permukaan, adalah bahwa plasmon sangat cepat kehilangan kekuatannya - mereka bergerak sangat cepat, tetapi cenderung menghilang jauh sebelum mencapai tujuan. Agar mereka dapat mempertahankan daya yang cukup dari sumber ke tujuan, teknisi dapat 'memompa' kabel ke dalam komponen plasmonik aktif - pada dasarnya mengeluarkan sedikit energi untuk menjaga kabel dalam keadaan di mana permukaan plasmon tidak kehilangan banyak energi saat melakukan perjalanan.

Tapi itu menciptakannyasendiri Masalah: panas. Plasmon permukaan memecahkan masalah panjang gelombang, dan plasmonik aktif menyelesaikan masalah daya plasmon permukaan, tetapi sekarang kita harus menjaga agar semua komponen yang dipompa secara aktif ini tidak terlalu panas karena semua kelebihan energi yang kita tambahkan. Ini telah menjadi masalah yang sulit untuk dipecahkan, dan ini mengarah pada asumsi bahwa setiap sistem komputasi fotonik perlu didinginkan dengan beberapa sistem pendingin super canggih, atau dibuat dari beberapa bahan kabel eksotis yang jauh lebih baik dalam mempertahankan sinyal plasmon permukaan tanpa bantuan yang signifikan.

Kedua bidang penelitian tersebut sedang berjalan dengan baik, tetapi a penelitian baru-baru inidari Institut Fisika dan Teknologi Moskow (MIPT) telah menunjukkan bahwa dengan aturan yang cukup baik dari teknologi pendinginan yang ada, kawat tembaga yang dipompa secara aktif dapat memberi kita kelicinan plasmon dan pembuangan panas yang kita butuhkan untuk menjalankan perangkat konsumen secara realistis. Itu berarti bahwa arsitektur komputer konvensional menjadi lebih kompleks dan menambahkan lebih banyak inti pemrosesan, kita mungkin benar-benar melihat peningkatan kecepatan terkait yang kita inginkan dan harapkan.

komponen optik 2

Sistem heat-sink konvensional yang kompleks ini dapat membantu memecahkan salah satu hambatan terbesar untuk meningkatkan komputer secara optik.

Tentu saja, gagasan komputasi fotonik lebih dari sekadar menjaga koordinasi antara inti pemrosesan yang terbuat dari transistor elektronik. Tidak hanya sangat tidak efisien waktu dan energi untuk mengalihkan sinyal Anda bolak-balik antara foton dan elektron, tetapi yang disebut transistor optik dapat memiliki bandwidth yang jauh lebih tinggi daripada yang elektronik. Ini akan membutuhkan sejumlah terobosan tambahan, tetapi penelitian sedang berlangsung studi terbaru ini mencari bahan terjangkau yang dapat melakukan polarisasi film tipis yang akurat dari sinyal cahaya. Graphene dan carbon nanotube memiliki aton utilitas yang mungkin untuk komputasi optik, karena mereka dapat mengangkut plasmon permukaan dan membuat keunggulan fotonik bekerja pada skala nano.

Komputer optik nyata jauh lebih jauh daripada hibrida, yang menggunakan teknologi optik untuk mengoordinasikan inti elektronik konvensional. Namun, setelah dibuat, komputer optik penuh memungkinkan kita untuk memulai kembali Hukum Moore. Ini tidak akan bertahan lama, komputer kuantum komprehensif, tapi sampai kita mendapatkan hal seperti itu, komputer optik adalah salah satu taruhan terbaik kita untuk memulai kembali pertumbuhan eksponensial dalam daya komputasi.

Lihat seri 2007es.com Explains kami untuk liputan yang lebih mendalam tentang topik teknologi terpanas saat ini.

Copyright © Seluruh Hak Cipta | 2007es.com