Computerchips bliksemsnel dankzij traag geluid

optische chip

Supersnelle computerchips

Het onweert. Er is een flits, daarna hoor je gerommel. Je weet: de bliksem is ergens ingeslagen, maar deze informatie bereikte je eerst via licht, daarna met geluid. Toch wordt het veel langzamere geluid nu voor het eerst ingezet in computerchips om snellere computers met licht-processors te maken.

Wetenschappers aan de universiteit van Sydney hebben voor het eerst een chip geproduceerd die informatie kort opslaat als geluid. Dat klinkt misschien als een stap achteruit. Werken chips nu niet met razendsnelle elektronen en licht? Dat klopt, maar het probleem van dat laatste is dat het te snel gaat om goed verwerkt te worden. Het langzame geluid lost dat probleem op.

Computerchips werken al sinds jaar en dag met elektriciteit als informatiesignaal. In de race om steeds snellere en kleinere processors te maken is de warmte die elektronische chips produceren een groeiend probleem. Daarom wordt een overstap gemaakt naar chips waarin lichtsignalen de informatie dragen. Licht creëert geen warmte, maar biedt ook andere voordelen: het is sneller, kan meer informatie dragen en ondervindt geen elektromagnetische verstoring.

Ongrijpbaar licht

Licht is notoir snel – 7,5 rondjes om de evenaar in één seconde – en dit maakt het zeer geschikt om door glasvezels en computerchips te razen als informatiedrager van de toekomst. De snelheid van licht werkt echter ook als nadeel in een chip. Om goed opgeslagen en verwerkt te worden is het te snel. Bedrijven als IBM en Intel ontwikkelen nu nieuwe chips die al deels gebruik maken van licht. Ze verplaatsen informatie met licht maar verwerken dit echter nog elektronisch.

Om licht hanteerbaar te maken moet het dus worden vertraagd, en dat is nu gebeurd door de informatie van een lichtgolf om te zetten in een geluidsgolf. Die geluidsgolf is na een paar nanoseconden weer uit te lezen als een lichtsignaal. Zo’n fractie van een seconde is in de computerwereld lang genoeg om als tijdelijk geheugen te tellen, wat verdere vormen van bewerking mogelijk maakt. En dat zet de deur open voor chips die met licht werken zonder elektronische verwerking.

Hoe werkt het?

Een lichtpuls met gegevens komt linksboven de spiraalvormige geleider binnen, terwijl rechtsonder een “schrijf”-puls de spiraal binnengaat. Als deze signalen elkaar halverwege ontmoeten, wordt het lichtsignaal omgezet in een geluidsgolf die dezelfde informatie bevat. Als er dan een “uitlees”-puls naar deze langzame geluidsgolf wordt gestuurd, komt er daaruit weer een lichtpuls vrij met de oorspronkelijke gegevens.

Een van de doorbraken van deze nieuwe techniek is dat die voor licht van verschillende golflengtes tegelijk informatie op kan slaan. Dit gelijktijdig gebruik van licht van verschillende golflengtes – oftewel kleuren – is een van de manieren waarop licht grotere bandbreedtes kan bereiken dan elektronische signalen. En die grotere informatiedichtheid van licht kan ook de wet van Moore weer wat lucht verschaffen. Deze wetmatigheid die een continue toename van rekenkracht voorspelt, loopt op zijn eind, mede door de warmteproductie van elektronische schakelingen op huidige processors.

Doordat lichtsignalen geen warmte opwekken, kunnen ze ook helpen elektriciteitsgebruik terug te dringen. Zo wordt in de VS het energieverbruik van datacenters ingeschat op ongeveer 2 procent van het gehele verbruik. Daar kunnen ze wel een lichte omschakeling gebruiken.

Bron: NPO Radio1

Advertisment ad adsense adlogger