Исследователи разрабатывают полностью оптические переключатели, которые могут привести к созданию более быстрых компьютерных процессоров.
Обычные компьютерные процессоры в значительной степени превысили свою «тактовую частоту» (показатель того, насколько быстро они могут включаться и выключаться) из-за ограничений электронного переключения. Ученые, стремящиеся улучшить компьютерные процессоры, были заинтригованы потенциалом полностью оптического переключения, при котором вместо электричества используется свет для управления обработкой и хранением данных на чипе.
Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) и Университета Пердью недавно создали новый вид полностью оптического переключателя , который может реализовать этот потенциал.
«Предыдущие версии оптических переключателей имели фиксированное время переключения, которое было «встроено» в устройство при его изготовлении», — сказал Сохам Саха из Аргонны, один из постдокторантов лаборатории Марии Гепперт Майер, работающий в Аргоннском центре наноразмерных материалов, Пользовательский центр Управления науки Министерства энергетики США.
Саха и его коллеги сделали оптический переключатель из двух разных материалов, каждый из которых имеет разное время переключения. Один материал, легированный алюминием оксид цинка, имеет время переключения в пикосекундном диапазоне, тогда как другой материал, плазмонный нитрид титана, имеет время переключения более чем в сто раз медленнее в наносекундном диапазоне.
«Когда вы используете оптические компоненты вместо электронных схем , резистивно-емкостные задержки отсутствуют, а это означает, что теоретически вы можете работать с этими чипами в тысячу раз быстрее, чем с обычными компьютерными чипами», — сказал Саха.
По словам Саха, разница во времени переключения между двумя металлическими компонентами означает, что переключатель может быть более гибким и быстрее передавать данные, одновременно эффективно их сохраняя. «Биметаллическая природа переключателя означает, что его можно использовать для различных целей в зависимости от длины волны используемого света», — сказал он. «Если вам нужны более медленные приложения, такие как хранилище памяти, вы переключаетесь на один материал; для более быстрых приложений вы переключаетесь на другой. Эта возможность является новой».
В экспериментальной конфигурации материалы переключателя действуют как поглотители света или отражатели, в зависимости от рабочей длины волны. Когда они включаются световым лучом, они переключают состояние.
Управление скоростью полностью оптических переключателей имеет решающее значение для оптимизации их производительности в различных приложениях. Эти результаты открывают перспективы для разработки легко адаптируемых и эффективных коммутаторов в таких областях, как усовершенствованная оптоволоконная связь, оптические вычисления и сверхбыстрая наука.
Возможность регулировать скорость переключения также приближает нас к преодолению разрыва между оптической и электронной связью, обеспечивая более быструю и эффективную передачу данных.
Это исследование дает ценную информацию о фундаментальном понимании полностью оптических переключателей и открывает путь к разработке современных устройств для вычислений и телекоммуникаций.
Статья, основанная на исследовании «Разработка временной динамики полностью оптического переключения с использованием быстрых и медленных материалов», опубликована в журнале Nature Communications.
Теги: процессор, чип
