Anonim

خوارزمية جديدة يمهد الطريق لأجهزة الكمبيوتر المستندة إلى الضوء

إلكترونيات

جون اندرسون

11 يونيو 2015

2 صور

تعمل الوصلات البصرية المصنوعة من السيليكون كمنشور لتوجيه ضوء الأشعة تحت الحمراء لنقل البيانات بين رقائق الكمبيوتر

تمكن خوارزمية التصميم المعكوسة التي طورها مهندسو ستانفورد من تصميم الوصلات السليكونية القادرة على نقل البيانات بين رقائق الكمبيوتر عبر الضوء. تحلّ هذه العملية الجديدة محلّ الدوائر السلكية المستخدمة لنقل المعلومات إلكترونياً ، ما قد يؤدي إلى تطوير أجهزة كمبيوتر عالية الكفاءة تعتمد على الضوء.

في حين أن الرفع الثقيل في معالجة الكومبيوتر يحدث داخل الرقائق ، أظهر التحليل الذي أجراه أستاذ الهندسة الكهربائية في جامعة ستانفورد ، ديفيد ميلر ، أن ما يصل إلى 80 في المائة من قوة المعالجات الدقيقة يتم تناولها عن طريق نقل البيانات كتيار من الالكترونات عبر ربط الأسلاك. أساسا ، الشحن يتطلب طاقة أكثر بكثير من الإنتاج ، ومضغ كل هذه القوة هو السبب في ارتفاع حرارة أجهزة الكمبيوتر المحمولة.

مستوحاة من التكنولوجيا البصرية للإنترنت ، سعى الباحثون لنقل البيانات بين رقائق فوق خيوط الألياف البصرية التي تنقل الفوتونات من الضوء. إلى جانب استخدام طاقة أقل بكثير من التوصيلات السلكية التقليدية ، يمكن أن تحمل الوصلات البينية ذات النطاق الرقي أكثر من 20 ضعفًا من البيانات.

تصنع غالبية الألياف البصرية من السيليكون ، وهو شفاف إلى ضوء الأشعة تحت الحمراء بنفس الطريقة التي يكون بها الضوء المرئي. وهكذا ، كان استخدام الوصلات البصرية المصنوعة من السيليكون خيارًا واضحًا. "يعمل السيليكون ،" قال توم Abate ، مدير الاتصالات الهندسية ستانفورد. "إن الصناعة بأكملها تعرف كيف تعمل مع السيليكون."

ولكن يجب تصميم الوصلات البصرية في وقت واحد ، مما يجعل التحول إلى التقنية غير عملي بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر لأن هذا النظام يتطلب الآلاف من هذه الروابط. هذا هو المكان الذي تأتي فيه خوارزمية التصميم العكسي.

يوفر البرنامج للمهندسين تفاصيل حول كيفية تصميم بنية السليكون لأداء مهام خاصة بدائرتها البصرية. صممت المجموعة دائرة ضوئية عاملة في المختبر ، وتم عمل نسخ ، وعملت جميعها بطريقة لا تشوبها شائبة على الرغم من كونها مبنية على معدات غير مثالية. يستشهد الباحثون بهذا كدليل على الجدوى التجارية لداراتهم البصرية ، حيث تستخدم مصانع التصنيع النموذجية معدات تصنيع عالية الدقة ومتطورة.

في حين أن تفاصيل وظائف الخوارزمية معقدة ، إلا أنها تعمل أساسًا من خلال تصميم هياكل السيليكون القادرة على ثني ضوء الأشعة تحت الحمراء بطرق مختلفة ومفيدة ، تمامًا مثل المنشور الذي يضيء الضوء المرئي في قوس قزح. عندما يكون الضوء مضاءً في وصلة السليكون ، ينحرف ضوءان ، أو لونان ، من الضوء بزاوية قائمة في شكل T. كل خيط من السليكون صغير للغاية - 20 يمكن أن يجلس جنبًا إلى جنب داخل شعرة الإنسان.

يمكن إنشاء الوصلات البصرية لتوجيه ترددات محددة من ضوء الأشعة تحت الحمراء إلى مواقع محددة. وهي الخوارزمية التي ترشدك إلى كيفية إنشاء هذه المنشورات السليكون بكمية مناسبة فقط ومنحنى ضوء الأشعة تحت الحمراء. بمجرد إجراء الحساب بالشكل المناسب لكل مهمة محددة ، يتم حفر نمط الباركود الصغير على شريحة من السيليكون.

لم يتم بعد إنشاء كمبيوتر فعلي يستخدم الروابط البصرية ، ولكن الخوارزمية هي أول خطوة كبيرة. وتشمل الاستخدامات المحتملة الأخرى للخوارزمية تصميم أنظمة مجهرية مدمجة ، والاتصالات الكونية فائقة الأمان ، والاتصالات البصرية ذات النطاق الترددي العالي.

يصف الفريق عملهم في مجلة Nature Photonics .

المصدر: جامعة ستانفورد

تقوم خوارزمية التصميم العكسي التي صممها مهندسو جامعة ستانفورد بتحضير أنماط محددة من السيليكون على ضوء الأشعة تحت الحمراء المباشرة

تعمل الوصلات البصرية المصنوعة من السيليكون كمنشور لتوجيه ضوء الأشعة تحت الحمراء لنقل البيانات بين رقائق الكمبيوتر

موصى به اختيار المحرر