Anonim

Nový algoritmus připravuje cestu pro počítače se světly

Elektronika

John Anderson

11. června 2015

2 obrázky

Optické propojení z křemíku působí jako hranol k přímému přenosu infračerveného světla mezi počítačovými čipy

Inverzní návrhový algoritmus, který vyvinuli inženýři společnosti Stanford, umožňuje konstrukci silikonových propojení schopných přenášet data mezi počítačovými čipy pomocí světla. Nový proces nahradí obvody, které se používají k přenosu informací elektronicky, což by mohlo vést k vývoji vysoce účinných, lehkých počítačů.

Zatímco těžké zvedání v oblasti počítačového zpracování probíhá uvnitř čipů, analýza Stanfordského profesora elektrotechniky David Miller ukázala, že až 80 procent mikroprocesorové energie je zničeno vysíláním dat jako proudem elektrony přes propojení vodičů. V podstatě přepravy vyžadují mnohem více energie než výroba a žvýkání přes celou tuto sílu je důvod, proč se notebooky zahřívají.

Inspirováni optickou technologií internetu, vědci se snažili přesunout data mezi čipy přes optické vlákna, které osvětlují fotony světla. Kromě toho, že využívá mnohem méně energie než tradiční propojovací kabely, čipové optické propojení může mít více než 20krát více dat.

Většina optických vláken je vyrobena z křemíku, který je průhledný infračervenému světlu stejně jako sklo je viditelné světlo. Použití optických propojení z křemíku bylo tedy zřejmou volbou. "Silicon funguje, " řekl Tom Abate, ředitel pro komunikaci Stanford Engineering. "Celý průmysl ví, jak pracovat s křemíkem."

Ale optické propojení musí být navrženy jeden po druhém, takže přepnutí na technologii nepraktické pro počítače, protože takový systém vyžaduje tisíce takových vazeb. To je místo, kde se objevuje inverzní návrhový algoritmus.

Tento software poskytuje inženýrům podrobnosti o tom, jak je třeba konstruovat křemíkové struktury pro provádění úkolů specifických pro jejich optické obvody. Skupina vytvořila v laboratoři pracovní optický obvod, byly provedeny kopie a všechny fungovaly bezchybně, přestože byly konstruovány na méně než ideálním zařízení. Vědci to uvádějí jako důkaz obchodní životaschopnosti svých optických obvodů, protože typické komerční výrobní závody používají vysoce přesná a nejmodernější výrobní zařízení.

Zatímco podrobnosti o algoritmových funkcích jsou tad komplex, pracuje v podstatě navržením křemíkových struktur, které jsou schopné ohýbat infračervené světlo různými a užitečnými způsoby, stejně jako hranol ohýbá viditelné světlo do duhy. Když světlo svítí na křemíkovém spojení, dvě vlnové délky nebo barvy světla se oddělují v pravém úhlu ve tvaru T. Každá křemíková nit je nepatrná - 20 může sedět vedle sebe v lidském vlasu.

Optické propojení mohou být konstruovány tak, aby směřovaly specifické frekvence infračerveného světla do konkrétních míst. A to je algoritmus, který udává, jak vytvořit tyto křemíkové hranoly se správným množstvím a ohnutím infračerveného světla. Jakmile je proveden výpočet správného tvaru pro každý konkrétní úkol, malý čárový kód je vyleptán na plátek křemíku.

Vytvoření skutečného počítače, který využívá optické propojení, se ještě nemá realizovat, ale algoritmus je prvním velkým krokem. Jiné možné využití algoritmu zahrnuje návrh kompaktních mikroskopických systémů, ultra-bezpečnou kvantovou komunikaci a optickou komunikaci s vysokou šířkou pásma.

Tým popisuje jejich práci v časopise Nature Photonics .

Zdroj: Stanfordská univerzita

Inverzní návrhový algoritmus, který navrhli inženýři společnosti Stanford, vrhá specifické vzory na křemíku k přímému infračervenému světlu

Optické propojení z křemíku působí jako hranol k přímému přenosu infračerveného světla mezi počítačovými čipy

Doporučená Redakce Choice