Licht reist snel - soms een beetje te snel als het gaat om gegevensverwerking.

Vandaag gepubliceerd, ons artikel beschrijft een nieuw ontwerp van een geheugenchip waarmee we het licht tijdelijk kunnen vertragen tot een beheersbare snelheid voor een betere controle over de computerverwerking.

Lichtpakketten werden met succes opgeslagen als hoge geluidsgolven - ongeveer 1, 000 keer hoger dan echografie – in een draad op een microchip. Ongeveer 100 keer dunner dan een mensenhaar, de kleine draden zijn ontworpen om zowel lichtgolven als hoogfrequente geluidsgolven te geleiden, bekend als hypergeluid.

Het is de eerste keer dat dit is gelukt.

De vertraging van het overgedragen informatiepakket wordt veroorzaakt door het grote verschil in reissnelheid tussen licht en geluid. Dit is iets dat we elke keer ervaren als we proberen te bepalen hoe ver een onweersbui van ons verwijderd is door de seconden te tellen tussen de bliksem en de donder.

Waarom we licht gebruiken bij computers

Tegenwoordig gebruiken zelfs kleine laptops meerdere processors, zoals dual of quad cores. Dit is nog duidelijker in krachtige machines, supercomputers of grote datacenters. Het verdelen van de berekening over verschillende processors is een manier om de prestaties te verbeteren, in computertaal bekend als parallel computing.

Deze parallellisatie, echter, roept nieuwe problemen op:de verschillende kernen moeten met elkaar praten en synchroon werken, als een groot orkest. Hier begint de elektronica haar grenzen te bereiken. De verbindingen tussen de processors lijden aan verliezen en produceren warmte. Dit is de belangrijkste reden waarom uw laptop heet wordt.

Op industriële schaal, de hitte wordt bijna onhandelbaar. Vorige maand was er een aankondiging om 's werelds grootste datacenter binnen de poolcirkel te bouwen, om het warmteprobleem van deze centra aan te pakken.

Optische verbindingen tussen processors kunnen dit probleem helpen oplossen:gegevens die zijn gecodeerd als lichte pakketten kunnen grote bandbreedtes bieden, hoge snelheden en produceren geen warmte.

Een zegen en een vloek

Hoewel de snelheid van het licht van groot voordeel is bij het verzenden van gegevens over internet over de hele wereld, het is een echte uitdaging om het op een kleine chip onder de knie te krijgen.

Licht legt 300 meter af in slechts een miljoenste van een seconde. Om een ​​verbinding te maken tussen verschillende processors, we hebben een manier nodig om het licht te stoppen of te vertragen op momenten dat de ontvangende processor nog steeds bezet is. Met andere woorden, we hebben een buffer nodig voor lichte pakketjes op een chip.

Maar het bufferen van de optische gegevens in gemeenschappelijke chipontwerpen voor elektronisch geheugen resulteert in verlies van snelheid en bandbreedte.

Ons nieuwe onderzoek toont alle kenmerken van een lichtgolf - dat wil zeggen, helderheid, kleur en fase - kan worden overgedragen naar een hypergeluidsgolf, en door dit te doen kan worden gebufferd.

Een reden voor de hoge datasnelheden die met licht worden bereikt, ligt in het vermogen om gegevens tegelijkertijd op verschillende golflengten te dragen, of kleuren. Het gebruik van meerdere kleuren is als het openen van extra rijstroken op een drukke snelweg.

Wat we bij licht als een andere kleur ervaren, is een andere toonhoogte voor een geluidsgolf. We laten zien dat verschillende kleuren kunnen worden opgeslagen als verschillende toongolven, en belangrijker nog, achteraf ondubbelzinnig kan worden geïdentificeerd.

Geluidsgolven om informatie op te slaan

De basisprincipes van ons nieuwe ontwerp - dat een fenomeen heeft dat bekend staat als vertragingslijngeheugen - zijn de volgende:

• een processor codeert de vers berekende gegevens op lichte pakketten, en stuurt het naar de volgende processor
• als deze processor nog steeds bezet is, het lichtpakket wordt overgebracht naar een geluidsgolf
• de geluidsgolf reist honderdduizend keer langzamer naar de processor, het de benodigde tijd geven om de berekening te voltooien
• de geluidsgolf wordt terug overgebracht naar een lichtpakket, en kan verder worden verwerkt.

Dit proces lijkt op de werking van de eerste computers die aan het begin van de 20e eeuw werden gebouwd. Hier werd informatie tijdelijk opgeslagen in geluidsgolven die zich voortplantten in kwikbuizen terwijl de processors bezig waren.

Dus terwijl computerchips hun prestatielimieten bereiken, het oude idee van een op vertragingslijnen gebaseerd geheugen met behulp van geluidsgolven viert een comeback. Deze keer zit het niet in dikke kwikbuizen, maar kleine lichtdraadjes op een microchip die veel meer data kunnen verwerken.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.