Ingenjörer vid Danmarks Tekniske Universitet har byggt en nanolaser som kan förändra hur chip flyttar information, genom att ersätta elektriska signaler med ljus.
Enheten är uppbyggd kring ett nanokavitet som fångar ljus i ett exceptionellt litet utrymme, en design som teamet kallar extrem dielektrisk inneslutning. Eftersom ljuset pressas så tätt fungerar lasern i rumstemperatur och behöver mycket lite effekt. Resultaten publicerades i tidskriften Science Advances.
Ljus i stället för elektroner
Moderna processorer skickar data över kopparledningar som elektrisk ström, vilket slösar energi som värme och saktar ned när signalerna färdas. Optiska länkar förbinder redan servrar i datacenter, men att krympa dem till ett chip har varit svårt eftersom lasrar vanligtvis måste vara mycket större än transistorerna runt dem.
DTU-designen bryter den storleksgränsen. Tusentals av lasrarna skulle kunna sitta på ett mikrochip, var och en skickar fotoner genom en vågledare i stället för elektroner genom en tråd. "Nanolasern öppnar möjligheten att skapa en ny generation komponenter som kombinerar hög prestanda med minimal storlek", sade professor Jesper Mork, som ledde arbetet.
Var besparingarna kommer från
Mork uppskattar att användning av nanolasrar i datorer kan minska energiförbrukningen med så mycket som hälften. Vinsten skulle inte komma från en enda förbättring utan från flera samtidigt: mindre resistiv uppvärmning i kretsar, mindre kylning i datacenter och snabbare överföringshastigheter som låter chip bli klara tidigare. Datacenter förbrukar redan en stor och växande andel av världens el, så små effektivitetsvinster skalas upp till stora besparingar.
Teamet byggde enheten i universitetets renrum DTU Nanolab. Det återstående problemet är effekten. Den nuvarande lasern drivs optiskt, och att få den att fungera med elektrisk ström är nästa forskningsutmaning. Mork sade att steget kan ta fem till tio år, och att det skulle öppna dörren till optisk databehandling på ett chip.
Utöver databehandling ser forskarna användningar inom hälsoteknik, där koncentrerat ljus möjliggör högupplöst avbildning och mycket känsliga biosensorer.