光速コンピューティング

Tiffany Trader

ムーアの法則型の進歩は停滞と衰退の兆しを見せて、世界中の研究者がコンピューティング速度を向上させる革新的技法の仕事に励んでいる。ノースイースタン大学の研究の2人組は、新世代の高速で強力なコンピューティングデバイスのための基礎を築くことができる画期的な提案を行っている。

物理学の助教授、Swastik Karと機械と産業工学の助教授、Yung Joon Jungは、より効率的に基本的なスイッチング動作を実行するために光と電気信号を使用するデバイスを作成した。

最も基本的なレベルでは、コンピューティングは、一連のオン-オフ-スイッチから構成されている。これは、最も単純なコンピューティングタスクでさえも実行するためにこれらの操作を数十億必要とし、そのためこのスイッチングをより速く最も小さいビットでさえも処理を行わせることは、全体的な効率性と生産性に強力で実質的に前向きな効果を持つことができる。

「人々は、最高のコンピュータは電気信号を使用して処理が行われ、光学系によって信号転送が行われるものであろうと思っています。」とKarは言った。「それは貴重なナノ秒を節約します。」

パートナーシップは、数年前に始まった。Karの専門は、その強度と導電率のために貴重な新しい炭素系材料のグラフェンであり、そしてJungの研究は、炭素原子のナノメートルサイズの円筒形物質のカーボンナノチューブを中心としている。

早い段階で、研究チームは驚くべき発見をした。彼らは、従来のナノチューブフォトダイオード素子の金属を取り出して炭素に置き換えることによって、光誘導電流がかなり急激に上昇したことを見つけた。「その急激な上昇は、私たちが光を使ってオンとオフの切り替えを行うことができる素子を設計するのに役立ちます。」とKarは言った。

不思議な現象をより良く理解するためには、計算モデル作りにノースイースタン大学チームは韓国ソウルの慶煕大学の教授、Young-Kyun Kwonとの共同作業をした。彼らはその後、電気的にも光学的にも操作することができる論理回路を構築する作業を行った。その結果のプロトタイプは、電子的および光学的特性が単一の電子チップ上に初めて集積されていることを記した。

「私たちがやったことは、ひとつの入力は電圧で、他の入力は光することが可能な小さなデバイスを構築することです。」KarはIEEE Spectrumに語った。

チームは、実際には3つのデバイスを開発：出力を生成するために電子と光入力の両方が必要なANDゲート; そしていずれかのセンサーが関係している場合に出力を生成することができるORゲート。第3のデバイスは、カメラセンサーのフロントエンドのように動作し、センチメートル規模のウェハ上に組み立てられた25万の光活性素子の配列で構成されている。これは、4ビットのデジタル-アナログ変換器として機能する。

Jungによると、ナノチューブは溶液中で作成され、既存のCMOSプロセスと互換性のある技術で行う必要のあるパターン化されたシリコン/酸化シリコン基板上に配置された。

データ移動といくつかの論理演算のために光を用いることによって、研究者によれば、この技法は新世代のより高速なコンピューティングチップへの道を拓くことができる。、それらの能力の改善は「ひとつだけを改善させる実証 」で始まるように、コンピュータは毎秒数十億のステップを処理するとKarは指摘する。

彼らの研究を記述している論文は、Nature Photonics誌の最新号で見られる。