پردازنده‌های نوری هیبرید؛ جانشین آینده طراحی‌های سیلیکونی
برخلاف روند فعلی در ساخت تراشه‌ها، احتمالا پردازنده‌های آینده بزرگ‌تر خواهند بود؛ زیرا پژوهشگران روش جدیدی برای ادغام اتصالات نوری در سطح تراشه کشف کرده‌اند. ازلحاظ نظری، این روش درصورت موفقیت علاوه‌بر صرفه‌جویی در مصرف انرژی، عملکرد کلی دستگاه‌ها را نیز به‌طرز چشمگیری ارتقا می‌بخشد.
آنچه موجب برتری محاسبات مبتنی‌بر نور درمقایسهبا سایر انواع محاسبات است، ویژگی‌های ذاتی متنوع و مهم‌ترینشان، یعنی سرعت این نوع محاسبات است. ازلحاظ نظری، سرعت تغییر از ترانزیستور نوری به ترانزیستور نوری دیگر در مقیاس فمتوثانیه (یک کوادریلیوم ثانیه؛ واحد زمان برابر با ۱۰ به توان ۱۵- ثانیه) اندازه‌گیری می‌شود. این سرعت درمقایسهبا سرعت نانوثانیه (۹-۱۰) که در عملکرد ترانزیستورهای امروزی مشاهده می‌شود، به‌طرز درخورتوجهی بهتر است.
مشکل موجود در استفاده از نور و تغییر آن، این است که نورها ازنظر توان به‌شدت ناکارآمد هستند و معمولا در فواصل طولانی عملکرد بهتری دارند. تولید دستگاه‌های هیبریدی که اپتیک و الکترونیک را باهم ترکیب می‌کنند، کار سختی است. این سختی عموما به خاطر تفاوت‌های فاحش در مقیاس و تلفات انرژی در زمان تغییر از نور به الکتریسیته و برعکس است. این گونه دستگاه‌ها معمولا از برق برای ارسال سیگنال و از نور برای انتقال واقعی اطلاعات استفاده می‌کنند.
پژوهشگران از نوع جدیدی از کریستال‌های فوتونیک کارآمدتر در تحقیقات خود بهره گرفته‌اند تا بتوانند هم دستگاه‌های برق به نور و هم دستگاه‌های نور به برق بسازند. آن‌ها علاوه‌بر مدولاتور برقی‌نوری که داده‌ها را با سرعت ۴۰ گیگابیت‌برثانیه جابه‌جا می‌کند، گیرنده‌ی فوتونی هم ساخته‌اند که سرعتی برابر با ۱۰ گیگابیت‌برثانیه دارد. این دستگاه‌ها فقط ۴۲ اتوژول در هر بیت انرژی مصرف می‌کنند.
از سیستم‌های هیبرید نوری‌برقی که در این سطح از سرعت و میزان مصرف انرژی قرار دارند، می‌توان برای برقراری اتصال بین تراشه‌ها استفاده کرد؛ مثلا هنگامی‌که باید انسجام حافظه‌ی نهان بین پردازنده‌های چندهسته‌ای حفظ شود؛ اما بهره‌بردن از این قابلیت به بزرگ‌ترشدن تراشه‌ها هم نیاز دارد. کاهش اندازه‌ی سخت‌افزارهای نوری تا اندازه‌ی ترانزیستورهای منطقی مرسوم کار آسانی نیست.
تصویر منتشرشده‌ی IBM که سختی مقیاس‌پذیری راه‌حل‌های فوتونیک را درمقایسهبا محاسبات اگزااسکیل (exascale) نشان می‌دهد (تصویر مربوط‌به پیش از این کشف است).
باید توجه کرد اصلا امکان ندارد فناوری این‌چنینی را بتوان برای ساختن تراشه‌ای کامل استفاده کرد و اندازه‌ی هر تراشه‌ی Core i7 با استفاده از فناوری نوری فعلی، ۴۸ مترمربع خواهد بود. فرم‌فاکتور ATX استاندارد از این فناوری پشتیبانی نمی‌کند؛ اما اینکه بزرگ‌ترکردن هرکدام از اجزا می‌تواند به ارتقای عملکرد منجر شود، فکر بدی به‌نظر نمی‌رسد.
با منسوخ‌شدن قانون مور درباره‌ی مقیاس‌پذیری تراکم ترانزیستور و پایان اعتبار مقیاس‌پذیری دنارد که مدت‌ها پیش اتفاق افتاده، ارتقای عملکرد و کارایی انرژی ناشی از استفاده از اتصالات نوری به‌احتمال زیاد خیلی بیشتر از هر پیشرفت ناشی از گره‌های پردازشی کمتر خواهد بود. این موضوع به‌ویژه زمانی صدق خواهد کرد که این را هم در نظر بگیریم که سال‌ها است از این فناوری استفاده می‌شود و بازهم باید زمان زیادی از استفاده‌ی تراشه‌های پنج‌نانومتری بگذرد تا بتوان راه‌حل امکان‌پذیری برای این کار پیدا کرد.
نظرات