Tanskan teknillisen yliopiston (DTU) insinöörit ovat rakentaneet nanolaserin, joka voi muuttaa tapaa, jolla sirut siirtävät tietoa – korvaamalla sähköiset signaalit valolla.
Laite perustuu nanokaviteettiin, joka vangitsee valon poikkeuksellisen pieneen tilaan. Tiimin mukaan kyse on äärimmäisestä dielektrisestä rajoittamisesta. Koska valo puristetaan niin tiukasti, laser toimii huoneenlämmössä ja tarvitsee hyvin vähän tehoa. Tulokset julkaistiin Science Advances -lehdessä.
Valoa elektronien sijaan
Nykyaikaiset prosessorit siirtävät dataa kuparijohtimia pitkin sähkövirtana, mikä hukkaa energiaa lämpönä ja hidastuu signaalien edetessä. Optiset yhteydet yhdistävät jo palvelimia datakeskuksissa, mutta niiden kutistaminen sirulle on ollut vaikeaa, koska laserit ovat yleensä paljon transistoreja suurempia.
DTU:n suunnittelu rikkoo tämän kokorajan. Tuhansia lasereita voisi olla yhdellä mikrosirulla, ja jokainen lähettäisi fotoneja aaltoputken läpi elektronien sijaan. "Nanolaser avaa mahdollisuuden luoda uuden sukupolven komponentteja, joissa yhdistyvät korkea suorituskyky ja minimaalinen koko", sanoi professori Jesper Mork, joka johti työtä.
Mistä säästöt tulevat
Mork arvioi, että nanolaserien käyttö tietokoneissa voisi leikata energiankulutusta jopa puoleen. Hyöty ei tulisi yhdestä parannuksesta vaan useasta yhtä aikaa: vähemmän resistiivistä lämmitystä piireissä, vähemmän jäähdytystarvetta datakeskuksissa ja nopeammat siirtonopeudet, joiden ansiosta sirut saavat työn valmiiksi nopeammin. Datakeskukset kuluttavat jo suuren ja kasvavan osan maailman sähköstä, joten pienet tehokkuusparannukset skaalautuvat suuriksi säästöiksi.
Tiimi rakensi laitteen yliopiston DTU Nanolab -puhdastilassa. Jäljellä oleva ongelma on teho. Nykyinen laser on optisesti ohjattu, ja sen saaminen toimimaan sähkövirralla on seuraava tutkimushaaste. Morkin mukaan vaihe voi kestää viidestä kymmeneen vuotta ja avaisi oven optiseen laskentaan sirulla.
Laskennan lisäksi tutkijat näkevät käyttökohteita terveysteknologiassa, jossa keskitetty valo mahdollistaa korkean resoluution kuvantamisen ja erittäin herkät biosensorit.