Пассивный оптический диод: прорыв в области обработки информации

Новые оптические диоды могут служить для более быстрой и более безопасной обработки информации

Исследователи создали новое оптическое устройство, достаточно маленькое, чтобы на стандартной компьютерной микросхеме их можно было разместить миллионы, что могло бы обеспечить более быструю, более мощную обработку информации и более продуктивную работу суперкомпьютеров.

«Пассивный оптический диод» состоит из двух крошечных кремниевых колец, размер которых приблизительно равен 10 микронам в диаметре, или около одной десятой ширины человеческого волоса. В отличие от других оптических диодов, для передачи сигнала не требуется внешнее воздействие, изобретение может быть легко введено в компьютерные микросхемы.

Диод способен к «невзаимной передаче», это означает, что устройство передает сигналы только в одном направлении, что, в свою очередь, обеспечивает лучшую возможность обработки информации, сказал Мингао Ци, профессор электротехники и вычислительной техники в Университете Пердью.

«Эта односторонняя передача - самая фундаментальная часть логического кругооборота, таким образом, наши диоды открывают дверь в сферу оптической обработки информации», - сказал Ци, который работал с командой, во главе которой был Эндрю Вайнер, также профессор в области электротехники и вычислительной техники в Университете Пердью.

Результаты исследования описаны в статье декабрьского номера журнала Science. Работа была написана аспирантами: Ли Фаном, Дженом Ваном, Лео Варгезе, Хао Шеном и Беном Ниу, под научным руководством авторов исследования Вайнера и Ци.

Эта иллюстрация показывает новый «кремниевый пассивный оптический диод» - устройство, достаточно маленькое, чтобы разместить миллионы таких на компьютерной микросхеме, что обеспечило бы более быструю, более мощную обработку. Устройство было разработано исследователями Университета Пердью

Хотя фибероптические кабели способствуют передаче больших объемов данных через океаны и континенты, обработка информации замедляется, к тому же данные восприимчивы к кибератакам, когда оптические сигналы должны переводиться на электронные сигналы для использования в компьютерах и наоборот.

Электронные диоды составляют важнейшие соединения в транзисторах и помогают доступным интегральным схемам включать, выключать и обрабатывать информацию. Новые оптические диоды совместимы с промышленными производственными процессами для получения дополнительных металлооксидных полупроводников, используемых для разработки компьютерных микросхем, говорит Фан.

«Эти диоды очень компактны, и у них есть другие преимущества, которые делают их привлекательными потенциальными компонентами для будущих фотонных чипов обработки информации», - сказала она.

Новые оптические диоды могут служить для более быстрой и более безопасной обработки информации; необходимость перевода пропадает. Инновационные устройства, которые почти готовы к масштабному применению, также могут обеспечить более быструю, более мощную работу суперкомпьютеров; так как их можно использовать для объединения многочисленных процессоров.

«То, что выступает ограничивающим фактором в современных суперкомпьютерах – это скорость и полоса пропускания связи между одиночными суперчипами в системе, - говорит Варгезе. - Наш оптический диод может стать компонентом в оптических системах, подключенных к сети, таким образом, решая существующую проблему».

Ученые говорят, что новое устройство сделает суперкомпьютеры более мощными и быстрыми

Инфракрасный свет от лазера в телекоммуникационной длине волны проходит оптоволокно и управляется микроструктурой, названной волноводом. Затем свет проходит последовательно через два кремниевых кольца и подвергается «нелинейному взаимодействию» внутри крошечных колец. В зависимости от того, в какое кольцо первоначально попадает свет, он или пройдет вперед или рассеется в обратном направлении, что будет означать одностороннюю передачу. Кольца могут «настраиваться» нагревом, с помощью специального «микронагревателя», который изменяет длины волны, в пределах которых происходит передача, что позволит действовать в широком диапазоне частот.