Ingenieurs van de Technische Universiteit van Denemarken hebben een nanolaser gebouwd die kan veranderen hoe chips informatie verplaatsen, door elektrische signalen te vervangen door licht.
Het apparaat is gebouwd rond een nanocaviteit die licht in een uitzonderlijk kleine ruimte opsluit, een ontwerp dat het team extreme diëlektrische confinement noemt. Omdat het licht zo nauw wordt samengedrukt, werkt de laser op kamertemperatuur en heeft hij zeer weinig vermogen nodig. De resultaten verschenen in het tijdschrift Science Advances.
Licht in plaats van elektronen
Moderne processors sturen data via koperen sporen als elektrische stroom, wat energie verspilt als warmte en vertraagt naarmate signalen verder reizen. Optische verbindingen verbinden al servers in datacenters, maar ze verkleinen tot op een chip was moeilijk omdat lasers meestal veel groter moeten zijn dan de transistors eromheen.
Het DTU-ontwerp doorbreekt die groottelimiet. Duizenden lasers zouden op één microchip kunnen zitten, elk met fotonen door een golfgeleider in plaats van elektronen door een draad. 'De nanolaser opent de mogelijkheid om een nieuwe generatie componenten te creëren die hoge prestaties combineren met minimaal formaat,' zei professor Jesper Mork, die het werk leidde.
Waar de besparingen vandaan komen
Mork schat dat het gebruik van nanolasers in computers het energieverbruik met wel de helft kan verlagen. De winst komt niet van één verbetering maar van meerdere tegelijk: minder resistieve verwarming in circuits, minder koeling nodig in datacenters en snellere overdrachtssnelheden waardoor chips eerder klaar zijn. Datacenters verbruiken al een groot en groeiend deel van de wereldwijde elektriciteit, dus kleine efficiëntiewinsten schalen op naar grote besparingen.
Het team bouwde het apparaat in de DTU Nanolab cleanroom. Het resterende probleem is vermogen. De huidige laser wordt optisch aangedreven, en het laten werken met elektrische stroom is de volgende onderzoeksuitdaging. Mork zei dat die stap vijf tot tien jaar kan duren en de deur zou openen naar optisch computergebruik op een chip.
Naast computing zien de onderzoekers toepassingen in gezondheidstechnologie, waar geconcentreerd licht hogeresolutiebeeldvorming en zeer gevoelige biosensoren mogelijk maakt.