Создано электрооптическое устройство для более быстрых процессоров
Вычисления на скорости света было заманчивой, но неуловимой перспективой, но теперь находятся в ощутимой близости
Первое в истории интегрированное наноразмерное устройство, которое можно программировать с помощью фотонов или электронов, было разработано учеными исследовательской группы Передовых наноразмерных технологий в Оксфордском университете.
В сотрудничестве с исследователями в университетах Мюнстера и Эксетера ученые создали первое в своем роде электрооптическое устройство, которое соединяет области оптических и электронных вычислений. Это обеспечивает элегантное решение для создания более быстрых и энергоэффективных модулей памяти и процессоров.
Вычисления на скорости света было заманчивой, но неуловимой перспективой, но теперь находятся в ощутимой близости. Использование света для кодирования, а также передачи информации позволяет этим процессам происходить с предельной скоростью — световой.
Хотя в последнее время экспериментально продемонстрировано использование света для определенных процессов, отсутствует компактное устройство для взаимодействия с электронной архитектурой традиционных компьютеров.
Несовместимость электрических и световых вычислений в основном обусловлена различными объемами взаимодействия, в которых работают электроны и фотоны. Электрические микросхемы должны быть небольшими для эффективной работы, тогда как оптические микросхемы должны быть сравнительно большими, поскольку длина волны света больше, чем электронов.
Чтобы преодолеть эту сложную проблему, ученые придумали решение ограничить свет. Они создали устройство, которое позволило им сжать свет в наноразмерный объем через так называемый поверхностный плазмонный поляритон.
Резкое уменьшение размеров в сочетании со значительно возросшей плотностью энергии позволило им преодолеть очевидную несовместимость фотонов и электронов для хранения и вычисления данных.
Было показано, что посредством отправки электрических или оптических сигналов состояние фото- и электро-чувствительного материала трансформировалось между двумя различными состояниями молекулярного порядка.
Кроме того, состояние этого фазопреобразующего материала считывалось либо светом, либо электроникой, что делает устройство первой электронно-оптической ячейкой памяти с наноразмерной структурой с энергонезависимыми характеристиками.
«Это очень многообещающий путь вперед в области вычислений, особенно в тех областях, где требуется высокая эффективность обработки», — говорят исследователи.
«Он включает в себя приложения для искусственного интеллекта, где во многих случаях потребности в высокопроизводительных вычислениях с низким энергопотреблением намного превышают наши текущие возможности. Считается, что сопряжение фотонных вычислений на основе света с его электрическим аналогом ключ к следующей главе в CMOS-технологиях.»
«Plasmonic nanogap enhanced phase-change devices with dual electrical-optical functionality» Science Advances (2019). advances.sciencemag.org/content/5/11/eaaw2687