Sähköis-optista tietotekniikkaa

Tutkijat ovat luoneet lajissaan ensimmäisen sähkö-optisen piirirakenteen, joka yhdistää optisen ja elektronisen laskennan kentät.

Oxfordin yliopiston Harish Bhaskaranin tutkimusryhmän jäsenet ovat kehittäneet ensimmäisen integroidun nanomittakaavan piirirakenteen, joka voidaan ohjelmoida joko fotoneilla tai elektroneilla.

Yhteistyössä Münsterin ja Exeterin yliopistojen tutkijoiden kanssa luotu ainutlaatuinen sähköis-optisen piirirakenne mahdollistaa yhdistää optisen ja elektronisen laskennan kentät. Tämä tarjoaa tyylikkään ratkaisun nopeampien ja energiatehokkaampien muistien ja prosessorien aikaansaamiseen.

Laskenta valon nopeudella on ollut houkutteleva, mutta vaikea näkymä mutta tämän kehityksen myötä se on nyt konkretisoitumassa.

Vaikka viime aikoina valon käyttö tietyissä prosesseissa on osoitettu kokeellisesti, kompakti piiritekniikka perinteisten tietokoneiden elektroniseen arkkitehtuurin rajapintaan puuttuu.

Sähkö- ja valopohjaisen tietojenkäsittelyn yhteensopimattomuus johtuu pääasiassa erilaisista vuorovaikutustilavuuksista, joilla elektronit ja fotonit toimivat. Sähköpiirien on oltava pieniä toimiakseen tehokkaasti, kun taas optisten sirujen on oltava suuria, koska valon aallonpituus on suurempi kuin elektronien.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi tutkijat keksivät ratkaisun valon rajoittamiseksi nanomittoihin, kuten heidän julkaisussa Plasmonic nanogap enhanced phase change devices with dual electrical-optical functionality, joka julkaistiin Science Advancesissa 29. marraskuuta 2019, esitetään.

He loivat rakenteen, joka antaa heidän puristaa valoa nanokokoiseen tilavuuteen pintaplasmonipolaritonin kautta. Dramaattinen koon pienentäminen yhdessä merkittävästi lisääntyneen energiatiheyden kanssa antaa mahdollisuuden kattaa fotonien ja elektronien ilmeinen yhteensopimattomuus datan tallennusta ja laskentaa varten.

Työssä osoitettiin, että joko sähköisillä tai optisilla signaaleilla, valo- ja sähköherkän materiaalin tila muuttui kahden eri molekyylijärjestyksen välillä. Lisäksi tämän faasimuunnosmateriaalin (PCM) tila luettiin joko valolla tai elektroniikalla, jolloin laitteesta tehtiin ensimmäinen sähköoptinen nanomittakaavainen muistisolu, jolla on haihtumattomat ominaisuudet.

"Tämä on erittäin lupaava tie eteenpäin laskennassa ja etenkin aloilla, joilla tarvitaan korkeaa käsittelytehokkuutta", toteaa jatko-opiskelija Nikolaos Farmakidis.

Toinen kirjoittaja Nathan Youngblood jatkaa: "Tämä luonnollisesti sisältää myös tekoälyn joissa on useasti tarpeita korkealle suorituskyvylle, vähän tehoa kuluttavalle laskennalle, joka ylittää huomattavasti nykyiset valmiudet. Uskotaan, että kun saadaan aikaan rajapinta fotonisen laskennan ja sen sähköisen vastineen kanssa se on avain seuraavaan vaiheeseen CMOS-tekniikoissa."

Aiheesta aiemmin:

Fotoniikkaa CMOS-piireille

Fotonikytkin CMOS-piireille