Ingeniører ved Danmarks Tekniske Universitet har bygget en nanolaser, der kan ændre, hvordan chips flytter information, ved at erstatte elektriske signaler med lys.
Enheden er bygget omkring et nanokavitet, der fanger lys i et usædvanligt lille rum, et design teamet kalder ekstrem dielektrisk indeslutning. Fordi lyset presses så tæt sammen, fungerer laseren ved stuetemperatur og kræver meget lidt strøm. Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Science Advances.
Lys i stedet for elektroner
Moderne processorer sender data gennem kobberspor som elektrisk strøm, hvilket spilder energi som varme og bliver langsommere, efterhånden som signalerne bevæger sig. Optiske forbindelser forbinder allerede servere i datacentre, men det har været svært at krympe dem ned på en chip, fordi lasere normalt skal være langt større end transistorerne omkring dem.
DTU-designet bryder den størrelsesgrænse. Tusinder af laserne kan sidde på en enkelt mikrochip, hver sender fotoner gennem en bølgeleder i stedet for elektroner gennem en ledning. 'Nanolaseren åbner muligheden for at skabe en ny generation af komponenter, der kombinerer høj ydeevne med minimal størrelse,' sagde professor Jesper Mork, der ledede arbejdet.
Hvor besparelserne kommer fra
Mork vurderer, at brug af nanolasere i computere kan skære energiforbruget med op til halvdelen. Gevinsten vil ikke komme fra én forbedring, men fra flere på én gang: mindre resistiv opvarmning i kredsløb, mindre behov for køling i datacentre og hurtigere overførselshastigheder, der lader chips afslutte arbejdet tidligere. Datacentre forbruger allerede en stor og voksende andel af den globale elektricitet, så små effektivitetsgevinster skalerer til store besparelser.
Teamet byggede enheden i universitetets DTU Nanolab-renrum. Det resterende problem er strøm. Den nuværende laser drives optisk, og at få den til at fungere med en elektrisk strøm er den næste forskningsudfordring. Mork sagde, at det skridt kan tage fem til ti år, og at det vil åbne døren til optisk computing på en chip.
Ud over computing ser forskerne anvendelser i sundhedsteknologi, hvor koncentreret lys muliggør højopløsningsbilleddannelse og meget følsomme biosensorer.