Anonim

Ny algoritme baner vei for lysbaserte datamaskiner

Elektronikk

John Anderson

11. juni 2015

2 bilder

Optiske sammenkoblinger laget av silisium fungerer som et prisme for direkte infrarødt lys overføring av data mellom dataplisjer

En inverse designalgoritme utviklet av Stanford-ingeniører muliggjør utforming av silikonforbindelser som er i stand til å overføre data mellom dataskjermer via lys. Den nye prosessen erstatter ledningskretsene som brukes til å videreformidle informasjon elektronisk, noe som kan føre til utvikling av høyeffektive, lysbaserte datamaskiner.

Mens den tunge løftingen i dataprosessering finner sted inne i sjetongene, viser en analyse fra Stanford professor i elektroteknikk, David Miller, at opptil 80 prosent av mikroprosessorens kraft blir spist opp ved overføring av data som en strøm av elektroner over kabelforbindelser. I utgangspunktet krever frakt mye mer energi enn produksjon, og tygge gjennom all den kraften er grunnen til at bærbare datamaskiner blir varme.

Inspirert av den optiske teknologien på internett, søkte forskerne å flytte data mellom sjetonger over fiberoptiske tråder som strålede fotoner av lys. Bortsett fra å bruke langt mindre energi enn tradisjonelle leddforbindelser, kan optisk sammenkobling i brikkeforme bære mer enn 20 ganger flere data.

Flertallet av fiberoptikk er laget av silisium, som er gjennomsiktig for infrarødt lys på samme måte som glass er synlig lys. Således var det ved hjelp av optiske sammenkoblinger laget av silisium et opplagt valg. "Silicon fungerer, " sa Tom Abate, Stanford Engineering Communications Director. "Hele bransjen vet hvordan man skal jobbe med silisium."

Men optiske sammenkoblinger må utformes en om gangen, noe som gjør bryteren til teknologien upraktisk for datamaskiner, ettersom et slikt system krever tusenvis av slike koblinger. Det er der den inverse designalgoritmen kommer inn.

Programvaren gir ingeniører detaljer om hvordan silikonstrukturer må utformes for å utføre oppgaver som er spesifikke for deres optiske kretser. Gruppen utviklet en fungerende optisk krets i laboratoriet, kopier ble laget, og alle fungerte feilfritt til tross for at de var konstruert på mindre enn ideelt utstyr. Forskerne citerer dette som bevis på den kommersielle levedyktigheten av deres optiske kretser, siden typiske kommersielle fabrikker bruker svært presis, state-of-the-art produksjonsutstyr.

Mens detaljer i algoritmen er en kompleks kompleks, fungerer det i utgangspunktet ved å designe silikonstrukturer som kan bøye infrarødt lys på forskjellige og nyttige måter, akkurat som et prisme bøyer synlig lys inn i en regnbue. Når lyset stråles på silisiumforbindelsen, deles to bølgelengder eller farger av lys i rette vinkler i en T-form. Hver silisiumtråd er liten - 20 kunne sitte ved siden av et menneskehår.

De optiske forbindelsene kan konstrueres for å lede bestemte frekvenser av infrarødt lys til bestemte steder. Og det er algoritmen som instruerer hvordan man lager disse silisiumprismer med akkurat den rette mengden og bøy av infrarødt lys. Når beregningen er gjort på riktig måte for hver spesifikk oppgave, et lite strekkode mønster er etset på et stykke silisium.

Å bygge en faktisk datamaskin som bruker de optiske forbindelsene, har ennå ikke blitt realisert, men algoritmen er et første stort skritt. Andre potensielle bruksområder for algoritmen inkluderer utforming av kompakte mikroskopisystemer, ultra-sikker kvantekommunikasjon og optisk kommunikasjon med høy båndbredde.

Teamet beskriver deres arbeid i tidsskriftet Nature Photonics .

Kilde: Stanford University

En invers designalgoritme designet av Stanford ingeniører etker bestemte mønstre på silisium til direkte infrarødt lys

Optiske sammenkoblinger laget av silisium fungerer som et prisme for direkte infrarødt lys overføring av data mellom dataplisjer

Anbefalt Redaksjonens