Ingegneri della Technical University of Denmark hanno costruito un nanolaser che potrebbe cambiare il modo in cui i chip trasferiscono informazioni, sostituendo i segnali elettrici con la luce.
Il dispositivo si basa su una nanocavità che intrappola la luce in uno spazio eccezionalmente piccolo, un design che il team chiama confinamento dielettrico estremo. Poiché la luce è così compressa, il laser funziona a temperatura ambiente e richiede pochissima energia. I risultati sono pubblicati su Science Advances.
Luce invece di elettroni
I processori moderni trasmettono dati su piste di rame come corrente elettrica, che dissipa energia sotto forma di calore e rallenta con la distanza. I collegamenti ottici già connettono i server nei data center, ma ridurli su un chip è difficile perché i laser di solito devono essere molto più grandi dei transistor circostanti.
Il design della DTU supera questo limite dimensionale. Migliaia di laser potrebbero stare su un microchip, ciascuno che invia fotoni attraverso una guida d'onda invece di elettroni attraverso un filo. "Il nanolaser apre la possibilità di creare una nuova generazione di componenti che uniscono alte prestazioni e dimensioni minime", ha detto il professor Jesper Mork, che ha guidato il lavoro.
Da dove vengono i risparmi
Mork stima che usare nanolaser nei computer potrebbe tagliare i consumi fino alla metà. Il guadagno non verrebbe da un solo miglioramento ma da diversi insieme: meno calore resistivo nei circuiti, meno raffreddamento nei data center e velocità di trasferimento maggiori che permettono ai chip di finire prima. I data center consumano già una quota ampia e crescente dell'elettricità globale, quindi piccoli guadagni di efficienza si traducono in grandi risparmi.
Il team ha costruito il dispositivo nella camera pulita DTU Nanolab. Resta il problema dell'alimentazione. Il laser attuale è pilotato otticamente e farlo funzionare con corrente elettrica è la prossima sfida. Mork ha detto che potrebbe richiedere dai cinque ai dieci anni e aprirebbe la porta al calcolo ottico su chip.
Oltre al calcolo, i ricercatori vedono applicazioni nella tecnologia sanitaria, dove la luce concentrata consente imaging ad alta risoluzione e biosensori molto sensibili.