Na Universidade de Utah, criou uma capa de invisibilidade para chips fotônicos

Da faculdade de engenharia de Dan Hixson / Universidade de Utah Do manto invisível de Harry Potter a um dispositivo de esconderijo romulano que tornava um navio de guerra invisível no universo de Star Trek, a magia da invisibilidade continuava sendo o resultado das fantasias dos escritores e sonhadores de ficção científica. Os cientistas americanos decidiram corrigir esse fato irritante e criaram o "manto de invisibilidade" para o processador de fótons.

Rajesh Menon, professor do Departamento de Eletrônica e Engenharia de Computação da Universidade de Utah, e sua equipe desenvolveram uma barreira de máscara para dispositivos fotônicos passivos microscópicos - unidades de chip de computador fotônico padrão que operam com pulsos de luz em vez de corrente elétrica - para tornar os chips menores, mais rápidos e consumir muito menos energia no futuro .

A vantagem dos chips fotônicos sobre o silício moderno é a velocidade e o consumo de menos energia. Consequentemente, eles também produzem menos calor. Nesse processador, é possível aumentar a densidade dos blocos fotônicos, cada um dos quais desempenhará determinada função por analogia com bilhões de transistores nos modernos chips de silício. Por exemplo, um grupo de blocos do microcircuito executará cálculos, outro - processamento de dados e assim por diante.

No entanto, existe um problema: se dois blocos fotônicos estiverem muito próximos um do outro, eles não funcionarão, pois o vazamento de luz entre eles levará ao "diafonia", semelhante à interferência de rádio. Se você colocá-los a uma certa distância, o problema será resolvido, mas no final você terá um processador grande.

Então Menon e sua equipe descobriram que é possível colocar uma nano-barreira de silício especial entre dois blocos fotônicos, que funcionam como um "manto" e um "truque", se escondendo do outro. “Usamos um princípio semelhante à capa da invisibilidade de Harry Potter. A luz que entra em um dispositivo é redirecionada de volta, simulando a ausência de um "vizinho". Parece uma barreira - direciona a luz de volta para o dispositivo original. É enganoso que, por outro lado, não haja nada ”, diz Rajesh Menon.

A partir disso, podemos concluir que bilhões de blocos fotônicos podem ser colocados em um cristal. Como os chips de fótons usam fótons em vez de elétrons para transmitir dados, eles podem consumir 10 a 100 vezes menos energia. É recomendável usar esses processadores em servidores de data center semelhantes aos de empresas gigantes como Google e Facebook, pois consomem uma quantidade enorme de eletricidade. De acordo com um estudo do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley , apenas os data centers consumiram 70 bilhões de quilowatts-hora em 2014, representando 1,8% do consumo total de eletricidade nos EUA. Segundo especialistas, até 2020, o consumo total aumentará mais 4%.

Hoje, os processadores fotônicos são usados ​​principalmente em equipamentos militares de alta classe. Menon sugere que os mesmos chips serão usados ​​nos data centers por vários anos. Ele também acredita que seu desenvolvimento ajudará a resolver problemas ambientais globais: “Passando da eletrônica para a fotônica, podemos tornar os computadores muito mais eficientes e, finalmente, ter um grande impacto nas emissões de carbono e no consumo de energia para todos os tipos de dispositivos. Agora, muitas pessoas estão tentando resolver esse problema. ”

Há um ano, uma equipe de cientistas liderada por Rajesh Menon desenvolveuO divisor de feixe ultracompacto é o menor dispositivo já criado para dividir as ondas de luz em dois fluxos de informações separados. Seu tamanho é de apenas 2,4x2,4 mícrons. Isso é aproximadamente 1/50 da largura de um cabelo humano e está próximo do limite das possibilidades físicas de miniaturização de tais dispositivos. Anteriormente, o menor dispositivo desse tipo era considerado um divisor de feixe maior que 100x100 mícrons.

Esta invenção serviu como um impulso definitivo para a criação de chips fotônicos rápidos. A Photonics pode aumentar a potência e a velocidade dos carros um milhão de vezes: supercomputadores, servidores de data center e dispositivos especializados, sistemas de piloto automático em um carro e tecnologia para detectar objetos em drones. Por fim, ele deve chegar aos dispositivos do consumidor - computadores domésticos e smartphones, além de melhorar os aplicativos: de jogos a streaming de vídeo. Os primeiros supercomputadores fotônicos baseados em silício estão atualmente em desenvolvimento em empresas como Intel e IBM. Eles usarão chips híbridos, parcialmente constituídos por elementos tradicionais de silício, junto com novos - fotônicos.

Os cientistas russos também estão tentando acompanhar seus colegas ocidentais no desenvolvimento de dispositivos fotônicos. Em 2015, pesquisadores da Universidade Estadual de Moscou, como parte de um grupo de cientistas estrangeiros, criaram um interruptor de pulso óptico. Um disco com um diâmetro de 250 nanômetros é capaz de trabalhar em um tempo calculado por femtossegundos (1 femtossegundo é um milionésimo de bilionésimo de segundo).

Um artigo científico foi publicado na revista Nature Communications em 9 de novembro de 2016.
DOI: 10.1038 / ncomms13126

Source: https://habr.com/ru/post/pt398985/