Ny tilgang til chipdesign kunne give lyshastighedsberegning

Hvert sekund, din computer skal behandle milliarder af beregningstrin for at producere selv de enkleste output. Forestil dig, hvis hver enkelt af disse trin kunne gøres en lille smule mere effektiv. "Det ville spare dyrebare nanosekunder, " forklarede Northeastern University assisterende professor i fysik Swastik Kar.

Kar og hans kollega Yung Joon Jung, lektor ved Institut for Maskin- og Industriteknik, har udviklet en række nye enheder, der gør netop det. Deres arbejde blev offentliggjort for nylig i tidsskriftet Naturfotonik .

Sidste år, den tværfaglige duo kombinerede deres ekspertise – Kars i grafen, et kulstofbaseret materiale kendt for sin styrke og ledningsevne, og Jungs i mekanikken bag kulstofnanorør, som er nanometer-størrelse sammenrullede ark af grafen - for at afdække et fysisk fænomen, der kunne indlede en ny bølge af højeffektiv elektronik.

De opdagede, at lysinducerede elektriske strømme stiger meget kraftigere i skæringspunktet mellem kulstofnanorør og silicium, sammenlignet med skæringspunktet mellem silicium og et metal, som i traditionelle fotodiode enheder. "Den skarpe stigning hjælper os med at designe enheder, der kan tændes og slukkes ved hjælp af lys, " sagde Kar.

Dette fund har store konsekvenser for udførelse af beregninger, hvilken, i enkle vendinger, også stole på en række tænd-sluk-kontakter. Men for at få adgang til den værdifulde information, der kan gemmes på disse switches, det skal også overføres til og behandles af andre switches. "Folk tror, ​​at den bedste computer ville være en, hvor behandlingen udføres ved hjælp af elektriske signaler, og signaloverførslen udføres af optik, " sagde Kar.

Dette er ikke så overraskende, da lyset er ekstremt hurtigt. Kar og Jungs enheder - som er de første til at integrere elektroniske og optiske egenskaber på en enkelt elektronisk chip - repræsenterer et kritisk gennembrud i at gøre denne drømmecomputer til virkelighed.

Den beregningsmæssige modellering af disse kryds blev udført i tæt samarbejde med gruppen af ​​Young-Kyun Kwon, professor ved Kyung Hee University, i Seoul, Korea.

I det nye blad, holdet præsenterer tre sådanne nye enheder. Den første er en såkaldt OG-port, hvilket kræver både en elektronisk og en optisk input for at generere et output. Denne kontakt udløses kun, hvis begge elementer er aktiveret.

Den anden enhed, en ELLER-port, kan generere et output, hvis en af ​​to optiske sensorer er aktiveret. Den samme konfiguration kan også bruges til at konvertere digitale signaler til analoge, en vigtig evne til handlinger såsom at omdanne det digitale indhold i en MP3-fil til egentlig musik.

Endelig, Kar og Jung byggede også en enhed, der fungerer som frontenden af ​​en kamerasensor. Den består af 250, 000 miniature enheder samlet over en centimeter-for-centimeter overflade. Selvom denne enhed ville kræve mere integration for at være fuldt levedygtig, det gav teamet mulighed for at teste reproducerbarheden af ​​deres montageproces.

"Jungs metode er en teknik i verdensklasse, " sagde Kar. "Det har virkelig gjort os i stand til at designe en masse enheder, der er meget mere skalerbare."

Mens computere behandler milliarder af beregningstrin hvert sekund, forbedre deres evne til at udføre disse trin, Kar sagde, begynder med "demonstrationen af ​​at forbedre kun en." Hvilket er præcis, hvad de har gjort.