Hastighed plus kontrol i ny computerchip - sænker lys til lyd

Lys rejser hurtigt – nogle gange lidt for hurtigt, når det kommer til databehandling.

Udgivet i dag, vores papir beskriver et nyt hukommelseschipdesign, der giver os mulighed for midlertidigt at sænke lyset til en håndterbar hastighed for bedre kontrol over computerbehandlingen.

Lyspakker blev med succes lagret som høje lydbølger - omkring 1, 000 gange højere end ultralyd – i en ledning på en mikrochip. Omkring 100 gange tyndere end et menneskehår, de små ledninger blev designet til at lede lysbølger såvel som højfrekvente lydbølger, kendt som hyper-lyd.

Det er første gang, det er opnået.

Forsinkelsen af ​​den overførte informationspakke skyldes den store forskel i rejsehastighed mellem lys og lyd. Det er noget, vi oplever, hver gang vi forsøger at bestemme, hvor langt et tordenvejr er væk fra os, ved at tælle sekunderne mellem lynet og tordenen.

Hvorfor vi bruger lys i computere

I dag bruger selv små bærbare computere flere processorer, såsom dual eller quad core. Dette er endnu mere tydeligt i højtydende maskiner, supercomputere eller store datacentre. At opdele beregninger mellem flere processorer er en måde at forbedre ydeevnen på, kendt i computersprog som parallel computing.

Denne parallelisering, imidlertid, rejser nye problemer:de forskellige kerner skal tale med hinanden og optræde synkront, som et stort orkester. Her begynder elektronikken at nå sine grænser. Forbindelserne mellem processorerne lider under tab og producerer varme. Dette er hovedårsagen til, at din bærbare computer bliver varm.

I industriel skala, varmen bliver næsten uoverskuelig. I sidste måned var der en meddelelse om at bygge verdens største datacenter inde i polarcirklen, for at håndtere varmeproblemet i disse centre.

Optiske links mellem processorer kan hjælpe med at løse dette problem:data kodet som lette pakker kan give store båndbredder, høje hastigheder og producerer ikke varme.

En velsignelse og en forbandelse

Mens lysets hastighed er en stor fordel, når du sender data over internettet over hele kloden, det er en rigtig udfordring at mestre på en lille chip.

Lys rejser 300 meter på kun en milliontedel af et sekund. For at skabe forbindelse mellem forskellige processorer, vi har brug for en måde at stoppe eller forsinke lyset på tidspunkter, hvor den modtagende processor stadig er optaget. Med andre ord, vi har brug for en buffer til lette pakker på en chip.

Men buffering af de optiske data i almindelige chipdesign til elektronisk hukommelse resulterer i tab af hastighed og båndbredde.

Vores nye forskning viser alle karakteristika ved en lysbølge – dvs. lysstyrke, farve og fase – kan overføres til en hyperlydbølge, og ved at gøre det kan bufferen.

En årsag til de store datahastigheder, der opnås ved hjælp af lys, ligger i dets evne til at transportere data samtidigt ved forskellige bølgelængder, eller farver. At bruge flere farver er som at åbne yderligere baner på en overfyldt motorvej.

Det, vi oplever som forskellig farve i tilfælde af lys, er en anden tonehøjde for en lydbølge. Vi viser, at forskellige farver kan lagres som lydbølger med forskellig tonehøjde, og vigtigst af alt kan identificeres entydigt bagefter.

Lydbølger til lagring af information

De grundlæggende betjeningsprincipper i vores nye design – som har et fænomen kendt som delay line memory – er følgende:

• en processor koder de nyberegnede data på lette pakker, og sender den til den næste processor
• hvis denne processor stadig er optaget, lyspakken overføres til en lydbølge
• lydbølgen bevæger sig hundrede tusinde gange langsommere mod processoren, giver det den nødvendige tid til at afslutte beregningen
• lydbølgen bliver overført tilbage til en lyspakke, og kan viderebearbejdes.

Denne proces ligner driften af ​​de første computere bygget i begyndelsen af ​​det 20. århundrede. Her blev information midlertidigt lagret i lydbølger, der forplantede sig i kviksølvrør, mens processorerne var optaget.

Så da computerchips når deres ydeevnegrænser, den gamle idé om en delay line-baseret hukommelse ved hjælp af lydbølger fejrer et comeback. Denne gang er det ikke i voluminøse kviksølvrør, men små lette ledninger på en mikrochip, der er i stand til at behandle meget flere data.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.