Инженеры Технического университета Дании создали нанолазер, который может изменить способ передачи информации в чипах, заменив электрические сигналы светом.
Устройство построено вокруг нанорезонатора, удерживающего свет в исключительно малом пространстве, — конструкция, которую команда называет экстремальным диэлектрическим ограничением. Поскольку свет сжат так плотно, лазер работает при комнатной температуре и требует очень мало энергии. Результаты опубликованы в журнале Science Advances.
Свет вместо электронов
Современные процессоры передают данные по медным дорожкам электрическим током, что теряет энергию в виде тепла и замедляется по мере передачи сигналов. Оптические линии уже соединяют серверы в дата-центрах, но уменьшить их до чипа было сложно, поскольку лазеры обычно должны быть намного крупнее окружающих транзисторов.
Конструкция DTU преодолевает этот предел размера. Тысячи таких лазеров могли бы разместиться на одном микрочипе, каждый посылал бы фотоны через волновод, а не электроны по проводу. «Нанолазер открывает возможность создания нового поколения компонентов, сочетающих высокую производительность с минимальным размером», — сказал профессор Еспер Мёрк, руководивший работой.
Откуда берётся экономия
Мёрк оценивает, что использование нанолазеров в компьютерах может сократить энергопотребление вдвое. Выигрыш даст не одно улучшение, а сразу несколько: меньше резистивного нагрева внутри схем, меньше охлаждения в дата-центрах и более быстрая передача, позволяющая чипам завершать работу раньше. Дата-центры уже потребляют большую и растущую долю мировой электроэнергии, поэтому малые приросты эффективности превращаются в крупную экономию.
Команда создала устройство в чистой комнате DTU Nanolab. Остаётся проблема питания. Текущий лазер управляется оптически, и заставить его работать от электрического тока — следующая исследовательская задача. Мёрк сказал, что этот шаг может занять пять–десять лет и откроет путь к оптическим вычислениям на чипе.
Помимо вычислений исследователи видят применение в медицинских технологиях, где сконцентрированный свет обеспечивает изображения высокого разрешения и очень чувствительные биосенсоры.