Brug lys til at fremskynde beregningen

En gruppe forskere i Japan har udviklet en ny type processor kendt som PAXEL, en enhed, der potentielt kan omgå Moores lov og øge computerens hastighed og effektivitet. PAXEL, som står for fotonisk accelerator, er placeret i den forreste ende af en digital computer og optimeret til at udføre specifikke funktioner, men med et mindre strømforbrug, end det er nødvendigt for fuldt elektroniske enheder.

Metaloxid halvleder felt-effekt transistorer er grundlaget for de fleste integrerede elektroniske kredsløb, men de er begrænset af Moores lov, der siger, at antallet af mikroprocessorchips på et enkelt elektronisk kredsløb vil fordobles hvert andet år. Der er en iboende grænse for dette, selvom, baseret på den måde, hvorpå størrelsen af ​​mikroprocessorchipsene forholder sig til elektronernes kvantemekaniske karakter.

Det er muligt delvis at overvinde Moore's Law -problemet ved at bruge parallel behandling, hvor flere processorer udfører samtidige beregninger. Denne fremgangsmåde fungerer ikke for alle applikationer, imidlertid.

I et papir i APL Photonics , fra AIP Publishing, forskerne kiggede på en anden teknik til at bruge lys til datatransporttrinnet i integrerede kredsløb, da fotoner ikke er underlagt Moores lov. I stedet for integrerede elektroniske kredsløb, meget ny udvikling involverer nu fotoniske integrerede kredsløb (PIC'er). PAXEL-acceleratoren følger denne tilgang og bruger strømeffektive nanofotonika, som er meget små PIC'er.

Nanofotonik, som dem, der bruges i PAXEL, operere med lysets hastighed og kan udføre beregninger på en analog måde, med data kortlagt på lysintensitetsniveauer. Multiplikationer eller tilføjelser udføres derefter ved varierende lysintensitet. Efterforskerne overvejede forskellige PAXEL -arkitekturer til forskellige anvendelser, herunder kunstige neurale netværk, reservoir computing, pass-gate logik, beslutningstagning og komprimeret sansning.

En særlig interessant anvendelse af PAXEL er i såkaldt fog computing. Dette er ligesom cloud computing, men bruger beregningsressourcer (servere) nær "jorden", hvor den oprindelige begivenhed opstår. En kompakt PAXEL, der er tilsluttet en tablet eller en anden håndholdt enhed, kan registrere signaler og overføre oplysningerne via et trådløst 5G-link til nærliggende tågeregningsressourcer til dataanalyse.

Anvendelser af denne nye teknologi forventes inden for en lang række områder, herunder medicinsk og veterinær point-of-care test, diagnostik, medicin- og madtest, og biologisk forsvar. Efterhånden som flere af vores husholdnings- og forretningsenheder er forbundet via internettet, bedre computerkapacitet, herunder datatransport med højere energieffektivitet, vil være nødvendig. Fremskridt som PAXEL forventes at hjælpe med at opfylde disse behov.