x

Nová součástka umožní stokrát zrychlit přenos dat. Elektronům pomáhají fotony

16.  5.  2017 | Tibor Furda | 11
Nová součástka umožní stokrát zrychlit přenos dat. Elektronům pomáhají fotony

Výzkumníci z Univerzity v Illinois (USA) vyvinuli nový druh laserového tranzistoru. Umožňuje rychle přepínat mezi dvěma stabilními energetickými stavy: elektrickým a světelným. Taková součástka by měla umožnit stonásobně rychlejší přenos dat než současná elektronická zařízení. Informaci zveřejnili na univerzitním webu. Studii publikoval vědecký žurnál Applied Physics Letters.

Intel: naše 14nm výrobní technologie je lepší než cokoli od konkurence Intel: naše 14nm výrobní technologie je lepší než cokoli od konkurence

„Zabudování tranzistoru s elektrickou a optickou bistabilitou do počítačového čipu výrazně zvýší rychlost zpracování dat, protože zařízení mohou komunikovat, aniž se vyskytly interference. Tyto vznikají v tranzistorech, které přenášejí signál pouze pomocí elektronů,“ řekl vedoucí výzkumu Milton Feng.

Problém s Moorem

V elektronických zařízeních jsou mikročipy tvořeny miliardami malých tranzistorů, které slouží jako brány na usměrňování toku elektronů přes integrovaný obvod.

Tato konfigurace fungovala dobře během několika desetiletí, ale při neustálém zmenšování součástek se počet tranzistorů na stejné ploše neustále zvyšuje jak praví Moorův zákonem. Toto zhuštění přináší zároveň i několik technické problémy, kvůli kterým se může zastavit růst rychlosti procesorů. Kromě toho, že současné extrémně malé tranzistory je velmi obtížné ještě více zmenšovat, nastává problém s energetickou účinností při jejich těsném uložení na čipu.

Nvidia představila obří čip GV100. Bude pohánět neuronové sítě Nvidia představila obří čip GV100. Bude pohánět neuronové sítě

Světlo se v integrovaném obvodu šíří mnohem rychleji než elektrony, a proto by přechod na fotonické procesory tuto situaci na nějaký čas mohl vyřešit. Proto se vědci zabývají vývojem komponent využívajících světelných přenosů.

18766013

Feng ve spolupráci s kolegou Nickem Holonyakem mladším, vynálezcem laserové diody, navrhli již v roce 2004 koncept laserového tranzistoru, obsahujícího elektrické i optické výstupy. Tento opticko-elektrický spínač by mohl sloužit jako základní stavební prvek optické logiky.

Vědcům se podařilo vyrobit nejmenší tranzistor v historii, má velikost pouze 1 nanometr Vědcům se podařilo vyrobit nejmenší tranzistor v historii, má velikost pouze 1 nanometr

„V datových centrech se dají dělat libovolné výpočty. Údaje tam i zpět se posílají pomocí optických propojení. Signály se v současnosti modulují laserovými diodami, které však mají své fyzikální omezení. Laserový tranzistor je technologie nové generace a mohl by být až stokrát rychlejší,“ řekl Feng.

Fotony zvýší rychlost tranzistoru

Laserové diody mají dva porty, elektrický vstup a světelný výstup. Laserový tranzistor má tři porty. Elektrický vstup a dva energeticky stabilní výstupy, elektrický a světelný. Uspořádání s třemi porty umožňuje využívat složité fyzikální vztahy mezi elektrony a fotony.

IBM má první integrovaný křemíkový fotonický čip s rychlostí až 800 Gb/s IBM má první integrovaný křemíkový fotonický čip s rychlostí až 800 Gb/s

Například nejrychlejší způsob přepínání proudu v polovodičovém materiálu se provádí prostřednictvím tunelových přechodů elektronů mezi energetickými pásmy. Fotony pomáhají elektronům zvládat tyto přechody lépe a celé zařízení tím podstatně urychlují.

V rámci nejnovějšího výzkumu vědci zjistili, že v laserovém tranzistoru se vyskytuje nejen tunelování urychlované fotony, ale dochází také ke stimulaci absorpce fotonů v dutině laseru.

Optické spínání se tak v zařízení ještě zrychluje a umožňuje mu pracovat s ultrarychlou modulací signálu ve femtosekundovém (10 -15 s) rozsahu. Tímto způsobem lze podle výzkumníků provést obrovské množství energeticky úsporných datových přenosů.

Vědci popsali existenci optické bistability zatím jen při teplotě -50 °C. V rámci další výzkumné práce chtějí dokázat, že zařízení pracuje i při pokojové teplotě, plánují dále zkoumat jeho fyzikální podstatu a hledat aplikace pro jeho využití.

Další článek »

Diskuze
11 příspěvků
Témata článku: Technologie, Čipy, Procesory, Nanotechnologie, Mooreův zákon, Tranzistory, Elektron, Obří zařízení, Přenos, Úsporný tranzistor, Stabilní teplota, Foton, Illinois
Sdílet článek
Další mobilní weby