I ricercatori della Purdue University realizzano un transistor ottico in silicio

I ricercatori della Purdue University realizzano un transistor ottico in silicio

La possibilità di realizzare un elemento di computazione basato sulla fotonica rappresenta un concreto passo avanti verso la progettazione di sistemi interamente ottici

di Andrea Bai pubblicata il , alle 17:01 nel canale Scienza e tecnologia
 

Una delle strade che consente di incrementare la potenza computazionale dei processori è quella di basare la circolazione e l'elaborazione dell'informazione non sull'elettrone (come avviene, appunto, nell'elettronica), ma sfruttando la luce e le sue particelle, i fotoni.

Le tecnologie ottiche sono oggi già largamente utilizzate per scopi di comunicazione, soprattutto su lunghe distanze, ma ancora non è stato possibile impiegarle concretamente per scopi di computazione. IBM e Intel, due tra le più grandi realtà nel mondo della tecnologia, stanno portando avanti ciascuna un programma di ricerca e sviluppo che ha come obiettivo l'approdo delle tecnologie fotoniche come mezzo per la circolazione dell'informazione all'interno di un singolo sistema e tra chip.

Anche in questo caso, tuttavia, si tratta di un approccio che prevede che la computazione vera e propria avvenga tramite le tradizionali tecnologie dell'elettronica, con l'ovvia necessità di dispositivi e componenti che convertano il segnale fotonico in segnale elettronico e viceversa. L'ambizioso obiettivo ultimo della ricerca nel campo della fotonica è quello di poter impiegare tecnologie ottiche anche per la parte di computazione ed elaborazione dell'informazione, eliminando così qualsiasi necessità di elementi convertitori e potendo inoltre incrementare notevolmente le prestazioni di processori e sistemi. Si tratta, in sintesi, di realizzare un transistor ottico.

I transistor ottici necessitano però di una serie di proprietà che permetta loro di interconnettersi e processare le informazioni: il loro output deve, ad esempio, essere capace di agire come input per un altro transistor - caratteristica non semplice se il segnale di output ha una frequenza diversa dall'input - e, ancor più importante, l'output deve essere capace di guidare l'input per almeno altri due transistor in maniera che il segnale logico si possa propagare, una proprietà conosciuta con il nome di "fan out". Infine ciascun transistor deve essere capace di preservare la qualità del segnale logico, in maniera tale da impedire la propagazione di eventuali errori. Fino ad oggi non è stato possibile realizzare transistor ottici in silicio in grado di rispondere a tutte queste proprietà.

Un passo avanti in questa direzione è però stato compiuto da un team di ricercatori della Purdue University, coordinati da Leo Varghese, che ha costruito un dispositivo ottico dalle caratteristiche molto promettenti. Si tratta di un transistor ottico caratterizzato da un risuonatore ad anello collocato in prossimità di una linea ottica. In circostanze ordinarie la luce entra nella linea ottica, la attraversa e ne esce. Ad una specifica frequenza di risonanza, la luce interagisce con il risuonatore con l'effetto di ridurre in maniera considerevole il segnale in uscita. In questo modo l'output è sostanzialmente nullo, anche se la fonte di luce è attiva.

Il team di ricercatori ha utilizzato una seconda linea ottica, chiamata gate, per somministrare calore al risuonatore ad anello in maniera tale da variarne dimensioni, frequenza di risonanza e, di conseguenza, la capacità di interagire con l'output. In questo modo il gate può di fatto "accendere e spegnere" l'output. L'interazione del risuonatore con il gate è più forte di quella con la linea di output: ciò significa che un piccolo segnale di gate è in grado di controllare un segnale di output molto più grande. Secondo quanto riferito da Varghese, il rapporto tra il segnale di gate e quello di supply è di circa 6dB, sufficiente a operare altri due transistor e rispettando così la proprietà di fan out cui si è fatto cenno in precedenza.

La capacità di realizzare questo dispositivo in silicio lo rende compatibile con le normali tecniche di produzione CMOS, socchiudendo la porta ad una futura implementazione commerciale. Tuttavia prima di poter assistere alla diffusione di sistemi computazionali completamente ottici vi sarà da dover affrontare ancora una serie di ostacoli ,il primo dei quali rappresentato dal consumo energetico che deriva dalle fonti luminose (tipicamente laser) necessarie per il funzionamento del dispositivo.

6 Commenti
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AleK02 Maggio 2012, 17:12 #1
L'ultima parte della notizia mi ha stroncato. Io credevo che l'implementazione dei fotoni potesse portare ad una riduzione in termini di consumo energetico. Ma mi sbagliavo completamente a quanto pare
megawati02 Maggio 2012, 17:54 #2
In caso porterà a un aumento... il rendimento energetico dei laser è bassissimo. I migliori non rendono + del 20%, e quelli a stato solido (diodi laser) NON sono i migliori...
ste.conca02 Maggio 2012, 19:26 #3
Toh, io che non vedevo l'ora di avere un pc fotonico,con circuiti di mille valvole....
Rubberick03 Maggio 2012, 00:15 #4
eh si.. per avere una sorgente laser di energia se ne butta parecchia :\

immagina una vecchia lampadina al tungsteno che di certo non era chissà quanto efficiente... scendi ancora come rapporto energia misurata in uscita / energia fornita in ingresso... e non di poco..

se dalla sua la lampadina al tungsteno aveva un enorme perdita sottoforma di calore nel laser a seconda della costruzione se ne perde di energia a collimare il fascio..
Trivex03 Maggio 2012, 08:27 #5
Un passo avanti sarebbe l' uso di onde elettromagnetiche polarizzate senza il passaggio al monocromatico laser. In effetti il laser non e economico... basti pensare che i transistor fotonici utiluzzano il calore per regolare il fascio monocromatico laser... quando avremo tecnologie in grado di utilizzare fasci di luce "normali" allora saremo in grado di processare miriadi di informazioni ad un costo energetico più basso.
Baboo8503 Maggio 2012, 09:03 #6
Originariamente inviato da: ste.conca
Toh, io che non vedevo l'ora di avere un pc fotonico,con circuiti di mille valvole....


Mi spiace, ma dall'avvento dei transistor ora sara' un pc fotonico con circuiti di mille transistor, e non suona altrettanto bene

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