Ο πρώτος επεξεργαστής φωτονίων

Close-up του φωτονικού SoC. Αριστερά διακρίνονται τα φωτονικά κυκλώματα, η μνήμη (πάνω) και δεξιά οι δύο επεξεργαστικοί πυρήνες.

Οι συμβατικοί επεξεργαστές που όλοι γνωρίζουμε, οι οποίοι βρίσκονται στο εσωτερικό των υπολογιστών, από τα smartphones έως τους supercomputers, χρησιμοποιούν ηλεκτρικό ρεύμα. Η ανάγκη για μείωση της κατανάλωσης, αλλά και δραστικής αύξησης των επιδόσεων των σημερινών CPU οδηγεί στην εφεύρεση νέων τεχνολογιών.

Ερευνητές στο University of Colorado Boulder, σε συνεργασία με το University of California, Berkeley και το Massachusetts Institute of Technology (MIT) κατασκεύασαν έναν επαναστατικό επεξεργαστή που χρησιμοποιεί φως αντί για ηλεκτρισμό για την επικοινωνία του. Ο επεξεργαστής αυτός καταναλώνει ελάχιστη ενέργεια, ενώ επεξεργάζεται δεδομένα με πολύ υψηλές ταχύτητες, έως και 10 φορές μεγαλύτερες από τις σημερινές.

 

Το νέο chip φωτονίων έχει πυκνότητα bandwidth 300Gbit ανά δευτερόλεπτο ανά τετραγωνικό χιλιοστό.

Πλεονέκτημα της επικοινωνίας με φως αντί για ηλεκτρισμό είναι ότι πολλαπλά data streams μπορούν να κωδικοποιηθούν με διαφορετικά χρώματα και να ταξιδέψουν στο ίδιο μέσο, στην περίπτωση μας μέσο μίας οπτικής ίνας, που μπορεί να είναι είτε εντός ή είτε εκτός του επεξεργαστή.

Τα ηλεκτρικά σήματα κωδικοποιούνται σε φωτεινά κύματα σε αυτόν το οπτικό πομπό, ο οποίος αποτελείται από έναν ring modulator, μια φωτοδίοδο ελέγχου (αριστερά) και θύρα εισαγωγής φωτός (κάτω). Όλα είναι φτιαγμένα ακολουθώντας τα ίδια στάδια κατασκευής με τα κυκλώματα τρανζίστορ που τα ελέγχουν (πάνω). 

Επιπρόσθετα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί και το υπέρυθρο φως. Το υπέρυθρο φως έχει μήκος κύματος μικρότερο του 1 micron, περίπου όσο το 1/100 του πάχους της ανθρώπινης τρίχας και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για πολύ πυκνή «φωτεινή» επικοινωνία.

Η τεχνολογία του φωτονικού επεξεργαστή αποκτά ακόμη περισσότερο ενδιαφέρον καθώς μπορεί να είναι πολύ σύντομα στη διάθεση μας. Οι ερευνητές λένε ότι μπορούν να συνδυάσουν οπτικά και ηλεκτρικά κυκλώματα στο ίδιο chip με τρόπους που είναι συμβατοί με τις ήδη υπάρχουσες μεθόδους κατασκευής επεξεργαστών.

Πηγή: http://www.nature.com/nature/journal/v528/n7583/full/nature16454.html

Διάφανο φωτοβολταϊκό

Έχουμε δει και στο παρελθόν διάφανα φωτοβολταϊκά panels, όπως αυτά που θέλει να τοποθετήσει η Sharp σε παράθυρα και μπαλκόνια, αλλά η δημιουργία του Michigan State University πηγαίνει την τεχνολογία σε άλλο επίπεδο και ίσως επηρεάσει μελλοντικά ακόμη και τη φόρτιση των φορητών συσκευών μας.

Τα προαναφερθέντα διάφανα φωτοβολταϊκά panels δεν είναι ακριβώς διάφανα. Εξορισμού, ένα τέτοιο panel δεν μπορεί να είναι απόλυτα διάφανο, αφού αυτό θα σήμαινε ότι επιτρέπει τη διέλευση του φωτός χωρίς να απορροφώνται φωτόνια για να μετατραπούν σε ηλεκτρόνια (ηλεκτρισμός), και γι’ αυτό οι κατασκευάστριες εταιρείες ουσιαστικά δημιουργούν ημι-διάφανα panels (δηλαδή όταν πέσει φως φαίνεται και η σκιά τους).

Οι ερευνητές του Michigan State University κατάφεραν να παρακάμψουν τα προβλήματα χρησιμοποιώντας μια διαφορετική τεχνική για την απορρόφηση του φωτός.

Αντί να δημιουργήσουν ένα πραγματικά διάφανο φωτοβολταϊκό panel (κάτι πρακτικά αδύνατο), χρησιμοποίησαν ειδικά οργανικά άλατα (TLSC) που απορροφούν την υπεριώδη και την υπέρυθρη ακτινοβολία (δηλαδή έξω από το ορατό φάσμα) και στη συνέχεια την εκμπέμπουν επίσης στο υπέρυθρο φάσμα. Αυτή η ακτινοβολία οδηγείται στην άκρη του πλαστικού του φωτοβολταϊκού, όπου μετατρέπεται σε ηλεκτρισμό.

Η απόδοση των TLSC’s είναι κοντά στο 1%, αλλά θεωρούν ότι θα μπορέσουν σύντομα να φτάσουν στο 5%. Το ποσοστό δεν ακούγεται υψηλό, ωστόσο, αν τοποθετηθούν μαζικά τέτοια panels π.χ στα παράθυρα ενός κτιρίου, τότε το όφελος δεν είναι αμελητέο.

Μακροπρόθεσμα θα μπορούσαν να τοποθετηθούν στις οθόνες των smartphones και tablets, προφανώς όχι για πλήρη κάλυψη των ενεργειακών αναγκών, αλλά για την προσθήκη μερικών έξτρα ωρών αυτονομίας.