Inżynierowie z Duńskiego Uniwersytetu Technicznego zbudowali nanolaser, który może zmienić sposób przesyłania informacji w chipach, zastępując sygnały elektryczne światłem.
Urządzenie opiera się na nanokawitacji uwięziającej światło w wyjątkowo małej przestrzeni — projekt nazwany ekstremalnym ograniczeniem dielektrycznym. Dzięki temu laser działa w temperaturze pokojowej i zużywa bardzo mało energii. Wyniki opublikowano w „Science Advances”.
Światło zamiast elektronów
Współczesne procesory przesyłają dane miedzianymi ścieżkami jako prąd, co marnuje energię na ciepło i zwalnia wraz z odległością. Łącza optyczne już łączą serwery w centrach danych, ale miniaturyzacja na chipie była trudna, bo lasery zwykle muszą być znacznie większe od tranzystorów.
Projekt DTU przełamuje ten limit. Tysiące laserów mogłyby zmieścić się na jednym mikroczipie, wysyłając fotony przez falowód zamiast elektronów przez przewód. „Nanolaser otwiera możliwość stworzenia nowej generacji komponentów łączących wysoką wydajność z minimalnym rozmiarem” — powiedział prof. Jesper Mork, który kierował pracami.
Skąd oszczędności
Mork szacuje, że użycie nanolaserów w komputerach mogłoby obciąć zużycie energii nawet o połowę. Zysk nie pochodziłby z jednej poprawy, lecz z kilku naraz: mniejszego nagrzewania rezystancyjnego, mniejszego chłodzenia w centrach danych i szybszego przesyłu. Centra danych zużywają coraz większą część globalnej energii, więc małe oszczędności przekładają się na duże sumy.
Zespół zbudował urządzenie w clean roomie DTU Nanolab. Pozostaje problem zasilania — obecny laser jest napędzany optycznie, a uruchomienie go prądem to kolejne wyzwanie. Mork twierdzi, że może to zająć 5-10 lat i otworzyć drzwi do obliczeń optycznych na chipie.
Poza informatyką naukowcy widzą zastosowania w technologiach zdrowotnych, gdzie skupione światło umożliwia obrazowanie o wysokiej rozdzielczości i czułe biosensory.