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高速光子计算机绕过摩尔定律

2021-08-30 16:50:16来源:

PAXEL是一种使用新颖的计算体系结构的新型光子集成电路器件,它有望实现高速,节能的计算。

日本的一组研究人员开发了一种新型处理器,称为PAXEL,该设备可以绕过摩尔定律并提高计算速度和效率。PAXEL代表光子加速器,位于数字计算机的前端,经过优化以执行特定功能,但功耗比全电子设备所需的功率低。

金属氧化物半导体场效应晶体管是大多数集成电子电路的基础,但受到摩尔定律的限制,摩尔定律说,单个电子电路上的微处理器芯片的数量每两年将翻一番。但是,基于微处理器芯片的尺寸与电子的量子力学性质相关的方式,对此有一个固有的限制。

通过使用并行处理(其中多个处理器执行同时计算),可以部分克服摩尔定律问题。但是,这种方法并不适用于所有应用程序。

日本的研究人员已经开发出一种称为PAXEL的处理器,该设备可以绕过摩尔定律并提高计算速度和效率。在APL Photonics中,研究人员着眼于将光用于集成电路中的数据传输步骤,因为光子不受摩尔定律的约束。代替集成电路,现在许多新的发展都涉及光子集成电路。PAXEL加速器采用了这种方法,并使用了节能的纳米光子学技术。此图显示了用于数字计算,云计算与雾计算以及PAXEL设备使用的电子集成电路的发展和瓶颈。

在AIP出版的APL Photonics上的一篇论文中,研究人员研究了另一种将光用于集成电路中数据传输步骤的技术,因为光子不受摩尔定律的约束。代替集成电路,现在许多新的发展都涉及光子集成电路(PIC)。PAXEL加速器采用了这种方法,并使用了节能的纳米光子学,这是非常小的PIC。

纳米光子学(例如PAXEL中使用的那些)以光速运行,并且可以模拟方式进行计算,并将数据映射到光强度级别。然后通过改变光强度进行乘法或加法。研究人员考虑了各种用途的不同PAXEL体系结构,包括人工神经网络,储层计算,通道逻辑,决策和压缩传感。

PAXEL的一个特别有趣的应用是在所谓的雾计算中。这就像云计算一样,但是在发生原始事件的“地面”附近使用计算资源(服务器)。连接到平板电脑或其他手持设备的紧凑型PAXEL可以检测信号,并通过5G无线链路将信息传输到附近的雾计算资源以进行数据分析。

预计该新技术将在广泛领域中应用,包括医学和兽医即时检验,诊断,药物和食品检验以及生物防御。随着越来越多的家用和商用设备通过网络连接,将需要更好的计算能力,包括具有更高能效的数据传输。诸如PAXEL之类的进步有望帮助满足这些需求。

参考:“光子学在数据处理领域的新前沿:“光子加速器”,作者:北山研一,三谷雅也,成濑诚,井上浩二,川上聪和内田淳,2019年9月24日,APLPhotonics。DOI:
10.1063/1.5108912