недеља, 22. октобар 2017.

Put iz svetlosti u zvuk i obratno - revolucija u razvoju čipa






Čip je na tržištu najbrojniji tehnički proizvod u XX. st., temeljni kamen moderne elektronike koji je potaknuo razvoj informatičkoga društva. U ranim danima razvoja integrisanih sklopova bilo je moguće staviti samo nekoliko tranzistora na površinu čipa jer tadašnja tehnologija nije omogućavala manje dimenzije štampanja. Pošto je stepen integracije bio malen (jer je samo nekoliko tranzistora stalo na površini čipa) dizajn je bio jednostavan. Daljnji razvoj omogućio je integraciju milion (danas već bilion) tranzistora na jedan čip.

Prošle godine su iz Intela, američke firme u poslednjih 26 godina najjačie na tržištu memorijskih čipova, najavili je novi smer razvoja budućih čipova. Njihovi stručnjaci su procenili da će se sadašnji model razvoja iscrpiti kroz dve generacije minijaturizacije te da će silicij vrhunac razvoja doseći pri tranzistorima veličine 7nm negde oko 2020. godine.
_____________

Da podsetimo,1947 godine, istraživači Džon Bardin, Vilijam Šokli i Volter Bratan pokazali su da je protok struje kroz silicijum moguće selektivno kontrolisati.  Silicijumski čipovi (1961) se sastoje od tranzistora, otpornika, kondenzatora i memorijskih čipova ugrađenih u slojeve silicijumske podloge, a zatim izloženih višefaznom hemijskom procesu. Razvojem ovih čipova, integralnih kola i mikroprocesora učinilo je mogućim današnje efikasne kompjutere velike brzine i  uspon telefonije.
____________________

Intel je ovom procenom najavio mogućnost za svojevrsnu stagnaciju u razvoju budućih čipova kakva nije viđena decenijama.   Iako su već tada već postojale eksperimentalne tehnike te prototipi dizajna čipova s tranzistorima i manjim od 7nm te vrlo brzih čipova temeljenih na egzotičnim materijalima, učinilo se zaista  da se u dogledno vreme neće pojaviti nikakve revolucionarne ideje.

NOVI POMAK U RAZVOJU ČIPA 




Po prvi put, naučnici su uspeli da na računarskom čipu sačuvaju informacije zasnovane na svetlosti u zvučnim talasima - nešto što naučnici upoređuju sa munjom uhvaćenom kao grom. Sada to može zvučati malo čudno, ali ova konverzija je neophodna  za prelazak sa naših trenutnih neefikasnih elektronskih  na kompjutere zasnovane na svetlosti, one  koji će da pomeraju podatke brzinom svetlosti.

Svetlosni ili fotonski kompjuteri  imaju potencijal da budu čak dvadeset puta brži od laptopa. Treba imati u vidu činjenicu da oni neće proizvoditi toplotu kao  trenutna oprema. To je zato što bi oni, u teoriji, mogli da procesiraju podatke u obliku fotona umesto elektrona.

 Kažemo u teoriji jer, uprkos činjenici da kompanije poput IBM-a i Intel-a rade na svetlosnim kompjuterima ,  o tranziciji je lakše govoriti nego je sprovesti. Kodiranje informacijae fotonima je jednostavno , to se već radi zato slanjem informacije putem optičkih kablova.

PREBRZO 


Ali pronaći način na koji bi kompjuterski čip mogao da preuzme i obradi informacije pohranjene u fotone je teško iz istog razloga, što ga čini toliko privlačnim: previše je brzo da bi ih mikročip trenutno pročitao.

To je razlog zbog kog se informacije koje prolaze putem svetla kroz naše internetske kablove trenutno pretvaraju u sporije elektrone. Ali, jedna bolja alternativa bi bila usporiti svetlosti i pretvoriti je u zvuk. I to je ono što su dobili univerzitetski naučnici sa univerziteta u Sydney.

"Podaci u našem čipu u akustičkom obliku kreću se brzinom pet redova sporijom nego u optičkom domenu", izjavila  je vođa  projekta dr. Birgit Stiller.

"To je kao razlika između groma i munje."





To znači da bi kompjuteri mogli imati koristi od informacija  koji  bi se isporučitli brzinom svetlosti, bez toplote izazvane elektronskim otpornikom i bez smetnji od elektromagnetnog zračenja - ali uz usporavanje podataka tako da ih kompjuterski čipovi učine  korisnim.

"Da bi kompjuteri zasnovani na svetlu zasnovali komercijalnu stvarnost, fotonski podaci moraju biti odloženi na čipu tako da se mogu obrađivati, usmeravati, čuvati i pristupiti", rekao je jedan od istraživačkih timova Moritz Merklein.


MEMORIJSKI SISTEM 

"Ovo je važan korak napred u procesiranju optičkih informacija jer ovaj koncept ispunjava sve uslove za trenutnu i buduću generaciju optičkih komunikacionih sistema", dodao je član tima Benjamin Eggleton.

Tim je to učinio razvijanjem memorijskog sistema koji precizno prenosi svetlosne i zvučne talase na fotonski mikročip - neka vrsta čipa koja će se koristiti na kompjuterima zasnovanim na svetlu.

Da biste dobili ideju kako to funkcioniše, pogledajte animaciju ispod.




Prvo, fotonske informacije ulaze u čip kao svetlosni puls (žuti), gde se interakcija odvija s pulsom nazvanim "pisani" (plavi), što generiše zvučni talas koji šalje podatke.
Drugi svetlosti puls, nazvan  puls čitanja (plava), zatim ima pristup do audio podataka  i šalje ih opet  kao svetlo (žuto).

Dok svetlost neometano putuje kroz čip u 2 do 3 nanosekunde,  jednom pohranjena kao zvučni talas, informacije mogže ostati na čipu do 10 nanosekundi, dovoljno dugo da bi se reči pronašle i obradile.




PRECIZNOST PODATAKA

Činjenica da  tim nije  uspeo samo  da pretvori svetlost u zvučne talase usporavajući ga, već i da iste podatke precizno  pronađe. I, za razliku od prethodnih pokušaja, sistem ima širok propusni opseg.
"Izgradnja akustičnog bafera u čipu povećava mogućnost kontrole informacija pomoću više naloga", izjavio  je Merklein.

izvor 

Нема коментара:

Постави коментар