À l'Université de l'Utah, a créé une cape d'invisibilité pour les puces photoniques

De Dan Hixson / University of Utah College of Engineering Du manteau invisible de Harry Potter à un appareil de dissimulation romulien qui rendait un navire de guerre invisible dans l'univers Star Trek, la magie de l'invisibilité est restée le résultat des fantasmes des écrivains et des rêveurs de science-fiction. Des scientifiques américains ont décidé de corriger ce fait gênant et ont créé le «manteau d'invisibilité» pour le processeur de photons.

Rajesh Menon, professeur au Département d'électronique et de génie informatique de l'Université de l'Utah, et son équipe ont développé une barrière de masquage pour les dispositifs photoniques passifs microscopiques - des unités de puces informatiques photoniques standard qui fonctionnent sur des impulsions de lumière au lieu du courant électrique - pour rendre les puces plus petites, plus rapides et consommer beaucoup moins d'énergie à l'avenir .

L'avantage des puces photoniques sur le silicium moderne est la vitesse et la consommation de moins d'énergie. Par conséquent, ils produisent également moins de chaleur. Dans un tel processeur, il est possible d'augmenter la densité de blocs photoniques, dont chacun remplira une certaine fonction par analogie avec des milliards de transistors dans des puces de silicium modernes. Par exemple, un groupe de blocs du microcircuit effectuera des calculs, un autre - le traitement des données, etc.

Cependant, il y a un problème: si deux blocs photoniques sont trop proches l'un de l'autre, ils ne fonctionneront pas, car la fuite de lumière entre eux entraînera une «diaphonie», semblable à une interférence radio. Si vous les placez à une certaine distance, le problème sera résolu, mais à la fin, vous obtenez un gros processeur.

Menon et son équipe ont donc découvert qu'il était possible de mettre une nano-barrière spéciale en silicium entre deux blocs photoniques, qui fonctionne comme une «cape» et une «astuce», se cachant l'une de l'autre. «Nous avons utilisé un principe similaire à la cape d'invisibilité Harry Potter. La lumière qui pénètre dans un appareil est redirigée vers l'arrière, simulant l'absence d'un «voisin». Il ressemble à une barrière - il renvoie la lumière dans l'appareil d'origine. Il est trompeur qu'en revanche, il n'y a rien », explique Rajesh Menon.

Nous pouvons en conclure que des milliards de blocs photoniques peuvent être placés dans un cristal. Étant donné que les puces à photons utilisent des photons au lieu d'électrons pour transmettre des données, elles peuvent potentiellement consommer 10 à 100 fois moins d'énergie. Il est conseillé d'utiliser de tels processeurs dans des serveurs de centres de données similaires à ceux appartenant à des sociétés géantes telles que Google et Facebook, car ils consomment une énorme quantité d'électricité. Selon une étude du Lawrence Berkeley National Laboratory , les centres de données ont consommé à eux seuls 70 milliards de kilowattheures en 2014, soit 1,8% de la consommation totale d'électricité aux États-Unis. Selon les experts, d'ici 2020, la consommation totale augmentera encore de 4%.

Aujourd'hui, les processeurs photoniques sont principalement utilisés dans les équipements militaires haut de gamme. Menon suggère que les mêmes puces seront utilisées dans les centres de données pendant plusieurs années. Il pense également que son développement contribuera à résoudre les problèmes environnementaux mondiaux: «En passant de l'électronique à la photonique, nous pouvons rendre les ordinateurs beaucoup plus efficaces et, à terme, avoir un impact important sur les émissions de carbone et la consommation d'énergie pour tous les types d'appareils. Maintenant, beaucoup de gens essaient de résoudre ce problème. »

Il y a un an, une équipe de scientifiques dirigée par Rajesh Menon a développéLe séparateur de faisceau ultra-compact est le plus petit appareil jamais créé pour diviser les ondes lumineuses en deux flux d'informations distincts. Sa taille n'est que de 2,4x2,4 microns. Cela représente environ 1/50 de la largeur d'un cheveu humain et est proche de la limite des possibilités physiques de miniaturisation de tels dispositifs. Auparavant, le plus petit appareil de ce type était considéré comme un séparateur de faisceau supérieur à 100x100 microns.

Cette invention a servi d'impulsion définitive pour la création de puces photoniques rapides. La photonique peut augmenter la puissance et la vitesse des machines un million de fois: supercalculateurs, serveurs de centre de données et appareils spécialisés, systèmes de pilotage automatique dans une voiture et technologie de détection d'objets dans les drones. En fin de compte, il devrait atteindre les appareils grand public - ordinateurs personnels et smartphones, ainsi que l'amélioration des applications: des jeux au streaming vidéo. Les premiers supercalculateurs photoniques à base de silicium sont actuellement en cours de développement dans des sociétés telles qu'Intel et IBM. Ils utiliseront des puces hybrides, composées en partie d'éléments traditionnels en silicium, ainsi que de nouvelles - photoniques.

Les scientifiques russes tentent également de suivre leurs homologues occidentaux dans le développement de dispositifs photoniques. En 2015, des chercheurs de l'Université d'État de Moscou, dans le cadre d'un groupe de scientifiques étrangers, ont créé un commutateur à impulsions optiques. Un disque d'un diamètre de 250 nanomètres est capable de fonctionner en un temps calculé par femtosecondes (1 femtoseconde est un millionième de milliardième de seconde).

Un article scientifique a été publié dans la revue Nature Communications le 9 novembre 2016.
DOI: 10.1038 / ncomms13126

Source: https://habr.com/ru/post/fr398985/