تم إنشاء تقنية لنقل البيانات بسرعات تزيد عن 1 بيتابت في الثانية

باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا كجزء من برنامج FUTUR-IC المكونات المطورةوالتي يمكن أن تغير بشكل جذري بنية أنظمة الحوسبة.

الضوء بدلاً من الكهرباء

تقوم الرقائق الحديثة بمعالجة البيانات باستخدام الإشارات الكهربائية. لكن نقل هذه البيانات بسرعة عالية عبر الموصلات المعدنية أصبح أكثر صعوبة – تزداد المقاومة، ويزيد فقدان الطاقة. كلما زادت سرعة نقل البيانات، زادت الحرارة التي يولدها النظام.

تقدم الضوئيات طريقة أخرى، وهي نقل المعلومات باستخدام الضوء. لا تسخن القنوات الضوئية عمليا، وتستهلك طاقة أقل بكثير وتكون قادرة نظريا على نقل كميات كبيرة لا تضاهى من البيانات. وهذا مهم بشكل خاص لمراكز البيانات التي تخدم الشبكات العصبية والخدمات السحابية – حيث أن شهيتهم لموارد الحوسبة تنمو بشكل أسرع مما يمكن أن تتطوره الأجهزة الإلكترونية التقليدية.

وتتمثل المشكلة الرئيسية حتى الآن في أن الجمع بين شريحة إلكترونية وفوتونية في جهاز واحد هو أمر صعب ومكلف للغاية من الناحية الفنية. كان هذا هو العائق الذي شرع معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في التغلب عليه.

نظائرها البصرية لجهات اتصال اللحام

أحد الاختراعات الرئيسية لبرنامج FUTUR-IC هو ثلاثة أنواع من الموصلات الضوئية، والتي يقارنها الباحثون بملامسات اللحام في الإلكترونيات التقليدية. اتصالات اللحام عبارة عن كرات صغيرة من المعدن تربط بين شريحتين ماديًا وكهربائيًا. وتفعل الموصلات الضوئية الجديدة نفس الشيء، ولكنها تنقل الضوء بدلًا من الإشارات الكهربائية.

تم تطوير اثنين من الموصلات الثلاثة في إطار البرنامج الحالي.

• الأول، هو الموصل الزائل، وهو سهل التصنيع وقابل للتطوير بشكل كبير: يمكن تعبئته بإحكام شديد، وهو أمر مهم عندما تكون هناك حاجة إلى دمج مئات أو آلاف القنوات الضوئية في النظام في نفس الوقت.
• أما الثاني، وهو موصل معامل الانكسار المتدرج (GRIN)، فهو يعمل على نطاق أوسع من الأطوال الموجية للضوء، مما يجعله أكثر تنوعًا. تم تطوير الموصل الثالث مسبقًا بواسطة مجموعة البروفيسور جوجون هو.

والأهم من ذلك، أنه يمكن إنتاج الأجهزة الثلاثة باستخدام معدات أشباه الموصلات الموجودة، مما يزيل أحد العوائق الرئيسية التي تحول دون اعتمادها على نطاق واسع.

بيتابت في الثانية

حدد مدير برنامج FUTUR-IC Anu Agarwal الهدف النهائي – وهو الانتقال من مئات التيرابت في الثانية اليوم إلى نقل البيانات بشكل أسرع من بيتابت واحد. لنفهم: البيتابت الواحد يساوي مليون جيجابت. سيسمح عرض النطاق الترددي هذا بنقل محتويات عدة آلاف من محركات الأقراص الثابتة في ثانية واحدة.

يعتمد منطق البرنامج على تقسيم الأدوار بين التقنيتين. إن الإلكترونيات تدور حول الحوسبة، وهي شيء لا يزال لا غنى عنه من أجله. تتولى الضوئيات نقل البيانات، وهي مهمة تتأقلم معها بكفاءة أكبر. يمكن أن يؤدي تقسيم العمل هذا إلى تقليل استهلاك الطاقة الإجمالي للبنية التحتية للحوسبة بشكل كبير.

لا يقتصر برنامج FUTUR-IC على تصميم الرقائق. وبالتوازي مع ذلك، أنشأ الفريق منصة Earthster، وهي أداة لتقييم البصمة البيئية لإنتاج أشباه الموصلات. فهو يساعد الشركات على تحديد الأماكن التي تتركز فيها أكبر انبعاثات الكربون واستهلاك الطاقة والمواد في دورة الإنتاج.

وبالإضافة إلى ذلك، يقوم البرنامج بتطوير دورات تعليمية ومواد تدريبية تهدف إلى تدريب المتخصصين في مجال إنتاج أشباه الموصلات بكفاءة استخدام الموارد.

متى سوف تظهر

لا يزال أمام التطبيق التجاري لهذه التقنيات عدة سنوات – ويعترف الباحثون أنفسهم بذلك. لكن المشكلة التي يقومون بحلها كانت تواجه الصناعة بأكملها منذ عدة سنوات. ومع تزايد حجم الشبكات العصبية وزيادة حجم الخدمات السحابية، تستهلك مراكز البيانات حصة متزايدة من الكهرباء في العالم. يعد التكامل الضوئي إحدى الطرق القليلة لزيادة معدلات نقل البيانات دون زيادة متناسبة في استهلاك الطاقة.

كمبيوتر عملاق جديد يحل مشاكل في يوم واحد قد يستغرق الكمبيوتر المحمول 500 عام لإكمالها

تم إنشاء معالج ضوئي للذكاء الاصطناعي بسرعة حوسبة تريليونية