Di Universitas Utah, dibuat jubah tembus pandang untuk chip fotonik

Dari Dan Hixson / Fakultas Teknik Universitas Utah Dari mantel Harry Potter yang tidak kasat mata menjadi alat persembunyian Romulan yang membuat kapal perang tidak terlihat di alam semesta Star Trek, sihir tembus pandang tetap merupakan hasil dari fantasi penulis dan pemimpi fiksi ilmiah. Ilmuwan Amerika telah memutuskan untuk memperbaiki fakta yang menjengkelkan ini dan menciptakan "mantel tembus pandang" untuk prosesor foton.

Rajesh Menon, seorang profesor di Departemen Elektronika dan Teknik Komputer di University of Utah, dan timnya mengembangkan penghalang untuk perangkat fotonik pasif mikroskopis - unit chip komputer fotonik standar yang beroperasi pada pulsa cahaya, bukan arus listrik - untuk membuat chip lebih kecil, lebih cepat, dan mengkonsumsi lebih sedikit energi di masa depan. .

Keuntungan chip fotonik dibandingkan silikon modern adalah kecepatan dan konsumsi energi yang lebih sedikit. Akibatnya, mereka juga menghasilkan lebih sedikit panas. Dalam prosesor semacam itu, dimungkinkan untuk meningkatkan kepadatan blok fotonik, yang masing-masing akan melakukan fungsi tertentu secara analogi dengan miliaran transistor dalam chip silikon modern. Sebagai contoh, satu kelompok blok dari rangkaian mikro akan melakukan perhitungan, yang lain akan memproses data, dan sebagainya.

Namun, ada masalah: jika dua blok fotonik terlalu dekat satu sama lain, mereka tidak akan bekerja, karena kebocoran cahaya di antara mereka akan mengarah ke "crosstalk", mirip dengan gangguan radio. Jika Anda menempatkannya pada jarak tertentu, masalah akan terpecahkan, tetapi pada akhirnya Anda mendapatkan prosesor besar.

Jadi Menon dan timnya menemukan bahwa mungkin untuk menempatkan penghalang nano silikon khusus antara dua blok fotonik, yang berfungsi sebagai "jubah" dan "trik", bersembunyi dari yang lain. “Kami menggunakan prinsip yang mirip dengan jubah tembus Harry Potter. Lampu yang memasuki satu perangkat dialihkan kembali, mensimulasikan tidak adanya "tetangga". Itu tampak seperti penghalang - itu mengarahkan cahaya kembali ke perangkat aslinya. Sangat menyesatkan bahwa di sisi lain tidak ada apa-apa, ”kata Rajesh Menon.

Dari sini kita dapat menyimpulkan bahwa miliaran blok fotonik dapat ditempatkan dalam satu kristal. Karena chip foton menggunakan foton alih-alih elektron untuk mengirimkan data, mereka berpotensi mengkonsumsi energi 10 hingga 100 kali lebih sedikit. Dianjurkan untuk menggunakan prosesor seperti itu di server pusat data yang serupa dengan yang dimiliki oleh perusahaan raksasa seperti Google dan Facebook, karena mereka mengkonsumsi sejumlah besar listrik. Menurut sebuah studi oleh Lawrence Berkeley National Laboratory , pusat data saja menghabiskan 70 miliar kilowatt jam pada tahun 2014, menyumbang 1,8% dari total konsumsi listrik AS. Menurut para ahli, pada tahun 2020, total konsumsi akan meningkat sebesar 4%.

Saat ini, prosesor fotonik terutama digunakan dalam peralatan militer kelas tinggi. Menon menyarankan bahwa chip yang sama akan digunakan di pusat data selama beberapa tahun. Dia juga percaya bahwa pengembangannya akan membantu menyelesaikan masalah lingkungan global: “Dengan beralih dari elektronik ke fotonik, kita dapat membuat komputer jauh lebih efisien dan pada akhirnya memiliki dampak besar pada emisi karbon dan konsumsi energi untuk semua jenis perangkat. Sekarang banyak orang yang mencoba menyelesaikan masalah ini. ”

Setahun yang lalu, tim ilmuwan yang dipimpin oleh Rajesh Menon dikembangkanPembagi sinar ultra-kompak adalah perangkat terkecil yang pernah dibuat untuk membagi gelombang cahaya menjadi dua aliran informasi yang terpisah. Ukurannya hanya 2,4x2,4 mikron. Ini sekitar 1/50 dari lebar rambut manusia dan dekat dengan batas kemungkinan fisik miniaturisasi perangkat tersebut. Sebelumnya, perangkat terkecil dari jenis ini dianggap sebagai pembagi berkas yang lebih besar dari 100x100 mikron.

Penemuan ini berfungsi sebagai dorongan pasti untuk pembuatan chip fotonik cepat. Photonics dapat meningkatkan kekuatan dan kecepatan mesin jutaan kali: superkomputer, server pusat data dan perangkat khusus, sistem autopilot dalam mobil dan teknologi untuk mendeteksi objek dalam drone. Pada akhirnya, itu harus sampai ke perangkat konsumen - komputer rumah dan smartphone, serta meningkatkan aplikasi: dari game ke streaming video. Superkomputer fotonik berbasis silikon pertama saat ini sedang dikembangkan di perusahaan-perusahaan seperti Intel dan IBM. Mereka akan menggunakan chip hybrid, sebagian terdiri dari elemen silikon tradisional, bersama dengan yang baru - fotonik.

Ilmuwan Rusia juga berusaha mengimbangi rekan-rekan Barat mereka dalam pengembangan perangkat fotonik. Pada 2015, para peneliti dari Universitas Negeri Moskow sebagai bagian dari kelompok ilmuwan asing menciptakan saklar pulsa optik. Disk dengan diameter 250 nanometer dapat bekerja dalam waktu yang dihitung oleh femtoseconds (1 femtosecond adalah sepersejuta milyar per detik).

Sebuah artikel ilmiah diterbitkan dalam jurnal Nature Communications pada 9 November 2016.
DOI: 10.1038 / ncomms13126

Source: https://habr.com/ru/post/id398985/