إليكم سبب عدم وجود حوسبة تعتمد على الضوء حتى الآن

من حيث المبدأ ، يعتبر التواصل مع الضوء أسهل بكثير من الاتصال بالكهرباء. لقد فعلنا ذلك لفترة أطول ، في تقنيات تتراوح من إشارات الحرائق إلى شبكات الألياف الضوئية ، لأن الفوتونات لديها القدرة على نقل البيانات بسرعة أكبر بكثير من الإلكترونات. ومع ذلك ، فإن للضوء أيضًا العديد من المشكلات المحبطة التي لا توجد بها الإلكترونات - وهي المشكلات التي منعت الضوء من إزاحة الكهرباء على المقاييس النانومترية للحوسبة الحديثة. لفترة طويلة ، كان العائق الرئيسي للثورة الضوئية في الحوسبة ، والزيادة المتسارعة في سرعة الكمبيوتر ، نوعًا من لعبة محصلتها صفر بين ثلاثة لاعبين رئيسيين: الحجم والقوة والحرارة.

الشيء المتعلق بالضوء هو أنه وفقًا للمعايير الذرية ، فهو كبير جدًا حقًا. بشكل عام ، كان أصغر طول موجي مفيد للحوسبة في نطاق الأشعة تحت الحمراء ، والذي يبلغ حجمه حوالي 1000 نانومتر ، بينما أدت التحسينات في ترانزستورات السيليكون إلى وصولها إلى حد 10 نانومتر وحتى تجاوزها. لقد ابتكرت الطباعة الحجرية طرقًا ذكية ومعقدة بشكل لا يُصدق لتحيد الضوء لتحفر رقاقات السيليكون بتفاصيل أصغر من الطول الموجي للضوء الذي يقوم بالحفر - أشياء لا تصدق - ولكن هذه لعبة أطفال مقارنة بأنواع فائقة السرعة ومعقدة للغاية الاتصال الذي نطلبه داخل معالج كمبيوتر حديث. التقنيات الحالية في ثني موجات الضوء لن تؤدي المهمة.



الألياف الضوئية باللونين الأزرق والأبيض

الألياف الضوئية باللونين الأزرق والأبيض.



للتغلب على مشكلة الحجم وجعل الضوء مفيدًا على المقاييس التي نحتاجها لأداء الكمبيوتر من الجيل التالي ، لجأ المهندسون إلى شيء يسمى 'بلاسمونات السطح'. هذه في الأساس إلكترونات تم تحفيزها بحيث ترقص على طول سطح المادة ، مستغلة الغرابة الكمية لتتصرف وتنتقل مثل فوتون أكثر من إلكترون. إنها نقطة منتصف المسافة بين الكهرباء والضوء ، وذلك باستخدام العديد من سلوكيات الضوء ، ولكن تظل محصورة فعليًا في مساحة أصغر كثيرًا على سطح السلك. إذا تم إنشاؤها على سلك نحاسي عادي ، يمكن أن تنتقل هذه البلازمونات السطحية أسرع بكثير من الإلكترون العادي في نفس الوسط ، وحتى تقترب من سرعة الضوء.

إن السرعة التي يمكننا من خلالها التواصل عبر مسافة تكون أكثر أهمية عندما يكون لدينا مسافة أكبر نتواصل عبرها ، لذا فإن أول تطبيق حوسبي مفترض للضوئيات يكون في الاتصالات بعيدة المدى نسبيًا ما بين نوى المعالج. في الوقت الحالي ، يربط الأسلاك النحاسية هذه المكونات فائقة السرعة للسماح لها بالعمل معًا - لكن الاتصال بين النوى بدأ يتأخر أكثر فأكثر خلف سرعة أي من هذه النوى على حدة. لذلك ، إذا أردنا الاستفادة من كل القوة الكامنة ، على سبيل المثال ، معالج 64 نواة ، فسنحتاج إلى الحفاظ على تنسيق هذه النوى مع شيء أسرع بكثير من حركة الإلكترونات عبر الأسلاك النحاسية - شيء بسرعة الضوء سيكون جيدًا.



لكن المشكلة عند التبديل من موجات الضوء إلى البلازمونات السطحية هي أن البلازمونات تفقد قوتها بسرعة كبيرة - فهي تتحرك بسرعة حقيقية ، لكنها تميل إلى التلاشي قبل أن تصل إلى وجهتها بوقت طويل. لحملهم على الحفاظ على ما يكفي من قوتهم طوال الطريق من المصدر إلى الوجهة ، يمكن للمهندسين 'ضخ' السلك في مكون plasmonic نشط - بشكل أساسي ينفق القليل من الطاقة على إبقاء السلك في حالة لا تسمح بها البلازمونات تفقد الكثير من الطاقة أثناء سفرها.

ولكن هذا يخلق لهاخاصة المشكلة: الحرارة. تحل البلازمونات السطحية مشكلة الطول الموجي ، وتحل البلازمونات النشطة مشكلة طاقة مأكل الطحين السطحي ، لكن علينا الآن أن نحافظ على كل هذه المكونات التي يتم ضخها بنشاط من الحرارة الزائدة بسبب كل الطاقة الزائدة التي نضيفها لقد كانت هذه مشكلة صعبة للتصدع ، وقد أدى ذلك إلى افتراض أن أي نظام حوسبة ضوئية يحتاج إما إلى التبريد باستخدام نظام تبريد فائق التطور ، أو مصنوع من بعض مواد الأسلاك الغريبة التي تكون أفضل بكثير في الحفاظ على إشارات مأكل الطحين على السطح بدون مساعدة كبيرة.



كلا المجالين من البحث جاريان بشكل جيد ، ولكن أ دراسة حديثةمن معهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا (MIPT) أنه مع وجود نظام جيد بما فيه الكفاية لتقنيات التبريد الحالية ، يمكن أن يمنحنا الأسلاك النحاسية التي يتم ضخها بفعالية كلاً من انزلاق مأكل الطعام وتبديد الحرارة الذي نحتاجه لتشغيل جهاز المستهلك بشكل واقعي. وهذا يعني أنه نظرًا لأن بنية الكمبيوتر التقليدية تصبح أكثر تعقيدًا وتضيف المزيد من مراكز المعالجة ، فقد نشهد بالفعل زيادة السرعة المرتبطة التي نريدها ونتوقعها.

شركات بصرية 2

يمكن أن يساعد هذا النظام المعقد من المشتتات الحرارية التقليدية في حل أحد أكبر العوائق التي تحول دون تحسين أجهزة الكمبيوتر بصريًا.

بالطبع ، تتجاوز فكرة الحوسبة الضوئية مجرد الحفاظ على التنسيق بين نوى المعالجة المصنوعة من الترانزستورات الإلكترونية. لا يقتصر الأمر على عدم كفاءة الوقت والطاقة في تحويل إشاراتك ذهابًا وإيابًا بين الفوتونات والإلكترونات ، ولكن ما يسمى بالترانزستورات الضوئية يمكن أن يكون لها نطاق ترددي أعلى بكثير من تلك الإلكترونية. سيتطلب الأمر عددًا من الاختراقات الإضافية ، لكن الأبحاث جارية - مثل هذه الدراسة الأخيرة البحث عن مادة ميسورة التكلفة يمكنها عمل استقطاب دقيق لإشارات الضوء. يحتوي الجرافين والأنابيب النانوية الكربونية على أطن من المنفعة الممكنة للحوسبة الضوئية ، حيث يمكنها نقل البلازمونات السطحية والاستفادة من مزايا الضوئيات على نطاق النانو.

يعد الكمبيوتر البصري الحقيقي أبعد بكثير من الكمبيوتر الهجين ، الذي يستخدم التكنولوجيا البصرية لتنسيق النوى الإلكترونية التقليدية. بمجرد إنشائه ، يمكن أن يسمح لنا الكمبيوتر البصري بالكامل بإعادة تشغيل قانون مور. لن يحمل هذا الأمر شمعة بالنسبة إلى بعض أجهزة الكمبيوتر الكمومية الشاملة والمستقبلية ، ولكن حتى نحصل على مثل هذا الشيء ، فإن الكمبيوتر الضوئي هو أحد أفضل رهاناتنا لإعادة تشغيل النمو الهائل في قوة الحوسبة.

تحقق من سلسلة 2007es.com Explains الخاصة بنا للحصول على تغطية أكثر عمقًا لأهم الموضوعات التقنية اليوم.

Copyright © كل الحقوق محفوظة | 2007es.com