ในขณะที่ กฎของมัวร์ เริ่มช้าลง การค้นหาวิธีใหม่ๆ ในการรักษาความเร็วในการประมวลผลที่เพิ่มขึ้นแบบทวีคูณกำลังดำเนินไป การวิจัยใหม่ชี้ให้เห็นว่าแนวทางแปลกใหม่ที่เรียกว่า “อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบคลื่นแสง” อาจเป็นหนทางใหม่ที่มีแนวโน้ม
แม้ว่านวัตกรรมในชิปคอมพิวเตอร์จะยังห่างไกลจากคำว่าตาย แต่ก็มีสัญญาณบ่งชี้ว่ากำลังการประมวลผลที่เพิ่มขึ้นอย่างทวีคูณที่เราคุ้นเคยในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา เริ่มช้าลง เมื่อทรานซิสเตอร์หดตัวจนเกือบเป็นสเกลอะตอม การบีบลงบนชิปคอมพิวเตอร์ก็กลายเป็นเรื่องยากขึ้น ซึ่งทำให้แนวโน้มที่กอร์ดอน มัวร์พบเห็นครั้งแรกในปี 2508 ลดลง นั่นคือจำนวนที่เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุกๆ สองปี
แต่แนวโน้มที่สำคัญเท่าเทียมกันในการประมวลผลกำลังปรากฏออกมาก่อนหน้านี้มาก: “ การ ปรับขนาด Dennard ” ซึ่งระบุว่าการใช้พลังงานของทรานซิสเตอร์ลดลงตามขนาดของพวกมัน นี่เป็นแนวโน้มที่มีประโยชน์มากเพราะชิปร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วและได้รับความเสียหายหากดึงพลังงานมากเกินไป การปรับ ขนาด ของ Dennard หมายความว่าทุกครั้งที่ทรานซิสเตอร์ลดขนาด การใช้พลังงานลง ซึ่งทำให้สามารถเรียกใช้ชิปได้เร็วขึ้นโดยไม่ทำให้ร้อนเกินไป
แต่แนวโน้มนี้คลี่คลายไปในปี 2548 เนื่องจากผลกระทบที่เพิ่มขึ้นของการรั่วไหลของกระแสไฟฟ้าในระดับที่เล็กมาก และการเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณของอัตราสัญญาณนาฬิกาของชิปได้ลดลง ผู้ผลิตชิปตอบสนองโดยเปลี่ยนไปใช้การประมวลผลแบบ multi-core ซึ่งโปรเซสเซอร์ขนาดเล็กจำนวนมากทำงานควบคู่ไปกับการทำงานให้เสร็จเร็วขึ้น แต่อัตราสัญญาณนาฬิกาก็ยังคงนิ่งไม่มากก็น้อยตั้งแต่นั้นมา
ถึงแม้ว่าตอนนี้ นักวิจัยได้แสดงให้เห็นถึงพื้นฐานของเทคโนโลยีที่สามารถให้อัตรานาฬิกาสูงกว่าชิปในปัจจุบันถึงหนึ่งล้านเท่า วิธีการนี้อาศัยการใช้เลเซอร์เพื่อปล่อยกระแสไฟฟ้า ที่ พุ่งออกมาอย่างรวดเร็ว และถูกนำมาใช้เพื่อสร้างลอจิกเกทที่เร็วที่สุดเท่าที่เคยมีมา ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของคอมพิวเตอร์ทุกเครื่อง
สิ่งที่เรียกว่า “อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์คลื่นแสง” อาศัยความจริงที่ว่าเป็นไปได้ที่จะใช้แสงเลเซอร์เพื่อกระตุ้นอิเล็กตรอนในวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า นักวิจัยได้แสดงให้เห็นแล้วว่าพัลส์เลเซอร์ที่เร็วเป็นพิเศษสามารถสร้างกระแสไฟลุกโชนบนมาตราส่วนเวลาเฟมโตวินาที—หนึ่งในล้านของหนึ่งพันล้านวินาที
การทำทุกอย่างที่เป็นประโยชน์กับพวกเขาได้พิสูจน์ให้เห็นแล้วว่าเข้าใจยากมากขึ้น แต่ใน บทความเรื่อง Nature นัก วิจัยได้ใช้การศึกษาเชิงทฤษฎีและงานทดลองร่วมกันเพื่อคิดค้นวิธีการใช้ปรากฏการณ์นี้ในการประมวลผลข้อมูล
เมื่อทีมยิงเลเซอร์ที่เร็วมากของพวกเขาที่เส้นลวดกราฟีนที่ร้อยระหว่างอิเล็กโทรดทองคำสองอิเล็กโทรด มันสร้างกระแสสองแบบที่แตกต่างกัน อิเล็กตรอนบางตัวที่ตื่นเต้นจากแสงยังคงเคลื่อนที่ไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งเมื่อไฟดับลง ในขณะที่บางอิเล็กตรอนจะอยู่ในสภาวะ ชั่วคราว และ เรา เคลื่อนที่ได้เฉพาะในขณะที่ไฟเปิด อยู่ เท่านั้น นักวิจัยพบว่าพวกเขาสามารถควบคุมประเภทของกระแสที่สร้างขึ้นโดยการเปลี่ยนรูปร่างของพัลส์เลเซอร์ซึ่ง ถูกใช้เป็นพื้นฐานของประตูลอจิกของพวกเขา
ลอจิกเกตทำงานโดยรับอินพุต 2 อินพุต—เป็น 1 หรือ 0—ประมวลผลพวกมัน และให้เอาต์พุตเดียว กฎการประมวลผลที่แน่นอนขึ้นอยู่กับชนิดของลอจิกเกทที่ใช้งาน แต่ตัวอย่างเช่นเกท AND จะส่งเอาต์พุต 1 หากอินพุตทั้งสองเป็น 1 มิฉะนั้นจะให้เอาต์พุตเป็น 0
ในรูปแบบใหม่ของนักวิจัย เลเซอร์ซิงโครไนซ์สองตัวถูกใช้เพื่อสร้างกระแสน้ำชั่วครู่หรือกระแสถาวร ซึ่งทำหน้าที่เป็นอินพุตไปยังประตูลอจิก กระแสเหล่านี้สามารถรวมกันหรือยกเลิกกันเพื่อให้มีค่าเท่ากับ 1 หรือ 0 เป็นเอาต์พุต
และเนื่องจากความเร็วที่สูงมากของพัลส์เลเซอร์ ประตูที่เป็นผลลัพธ์จึงสามารถทำงานด้วยความเร็วใน petahertz ซึ่งเร็วกว่าความเร็วกิกะเฮิร์ตซ์หนึ่งล้านเท่าซึ่งชิปคอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดในปัจจุบันสามารถจัดการได้
เห็นได้ชัดว่าการติดตั้งมีขนาดใหญ่กว่าและซับซ้อนกว่าการจัดเรียงทรานซิสเตอร์แบบธรรมดาที่ใช้สำหรับลอจิกเกทแบบธรรมดา และการย่อขนาดลงเหลือเพียงมาตราส่วนที่จำเป็นสำหรับการผลิตชิปที่ใช้งานได้จริงจะเป็นงานมหึมา
แต่ในขณะที่การประมวลผล petahertz ไม่ได้อยู่ใกล้แค่เอื้อมในเร็วๆ นี้ การวิจัยใหม่ชี้ให้เห็นว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบคลื่นแสงอาจเป็นหนทางใหม่ที่มีแนวโน้มและมีประสิทธิภาพในการสำรวจอนาคตของการ ประมวลผล
เครดิตภาพ: มหาวิทยาลัย Rochester / Michael Osadciw