Você vê, então você ouve:luz e som viajam em velocidades diferentes. Crédito:Reeva / shutterstock
A luz viaja rápido - às vezes um pouco rápido demais quando se trata de processamento de dados.
Publicado hoje, nosso artigo descreve um novo design de chip de memória que nos permite reduzir temporariamente a luz para uma velocidade gerenciável para melhor controle do processamento do computador.
Os pacotes de luz foram armazenados com sucesso como ondas sonoras de alta frequência - cerca de 1, 000 vezes maior do que o ultrassom - em um fio em um microchip. Cerca de 100 vezes mais fino que um cabelo humano, os minúsculos fios foram projetados para guiar as ondas de luz, bem como as ondas sonoras de alta frequência, conhecido como hiper-som.
É a primeira vez que isso foi alcançado.
O atraso do pacote de informações transferido é causado pela grande diferença na velocidade de viagem entre a luz e o som. Isso é algo que experimentamos toda vez que tentamos determinar a que distância uma tempestade está longe de nós, contando os segundos entre o relâmpago e o trovão.
Por que usamos luz na computação
Hoje, até mesmo pequenos laptops usam vários processadores, como núcleos duplos ou quádruplos. Isso é ainda mais evidente em máquinas de alto desempenho, supercomputadores ou grandes centros de dados. Dividir a computação entre vários processadores é uma maneira de melhorar o desempenho, conhecido em linguagem de computador como computação paralela.
Esta paralelização, Contudo, levanta novos problemas:os diferentes núcleos precisam se comunicar entre si e funcionar em sincronia, como uma grande orquestra. Aqui a eletrônica começa a atingir seus limites. As conexões entre os processadores sofrem perdas e produzem calor. Esta é a principal razão pela qual seu laptop esquenta.
Em escalas industriais, o calor está se tornando quase incontrolável. No mês passado, houve um anúncio para construir o maior data center do mundo dentro do Círculo Polar Ártico, a fim de lidar com o problema do calor desses centros.
Links ópticos entre processadores podem ajudar a resolver este problema:dados codificados como pacotes leves podem fornecer grandes larguras de banda, altas velocidades e não produzem calor.
Uma benção e uma maldição
Embora a velocidade da luz seja uma grande vantagem ao enviar dados pela Internet para todo o mundo, é um verdadeiro desafio de dominar em um pequeno chip.
A luz viaja 300 metros em apenas um milionésimo de segundo. Para fornecer uma conexão entre diferentes processadores, Precisamos de uma maneira de parar ou atrasar a luz nos momentos em que o processador receptor ainda está ocupado. Em outras palavras, precisamos de um buffer para pacotes leves em um chip.
O novo design do chip, mostrado ao lado de uma peça australiana de 50 centavos. Crédito:Universidade de Sydney
Mas o armazenamento em buffer dos dados ópticos em designs de chips comuns para memória eletrônica resulta em perda de velocidade e largura de banda.
Nossa nova pesquisa mostra todas as características de uma onda de luz - isto é, brilho, cor e fase - podem ser transferidos para uma onda de hiper-som, e, ao fazer isso, pode ser armazenado em buffer.
Uma razão para as grandes taxas de dados alcançadas com o uso de luz está em sua capacidade de transportar dados simultaneamente em diferentes comprimentos de onda, ou cores. Usar várias cores é como abrir pistas adicionais em uma rodovia lotada.
O que experimentamos como cor diferente no caso da luz é um tom diferente para uma onda sonora. Mostramos que cores diferentes podem ser armazenadas como ondas sonoras de frequência diferente, e, o que é importante, pode ser identificado de forma inequívoca depois.
Um pacote de luz é convertido em uma onda sonora à medida que se move através do chip, e, em seguida, de volta à luz quando sai. Crédito:Universidade de Sydney
Ondas sonoras para armazenar informações
Os princípios básicos de operação de nosso novo design - que apresenta um fenômeno conhecido como memória de linha de atraso - são os seguintes:
Esse processo se assemelha ao funcionamento dos primeiros computadores construídos no início do século XX. Aqui, a informação foi temporariamente armazenada em ondas sonoras que se propagaram em tubos de mercúrio enquanto os processadores estavam ocupados.
Assim, à medida que os chips de computador estão atingindo seus limites de desempenho, a velha ideia de uma memória baseada em linha de atraso usando ondas sonoras está comemorando um retorno. Desta vez não é em tubos de mercúrio volumosos, mas minúsculos fios de luz em um microchip que são capazes de processar muito mais dados.
Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original. 
