La luce viaggia veloce, a volte un po' troppo veloce quando si tratta di elaborazione dei dati.

Pubblicato oggi, il nostro articolo descrive un nuovo design del chip di memoria che ci consente di rallentare temporaneamente la luce a una velocità gestibile per un migliore controllo dell'elaborazione del computer.

I pacchetti di luce sono stati archiviati con successo come onde sonore acute - circa 1, 000 volte più alto degli ultrasuoni – in un filo su un microchip. Circa 100 volte più sottile di un capello umano, i minuscoli fili sono stati progettati per guidare le onde luminose e le onde sonore ad alta frequenza, noto come ipersuono.

È la prima volta che questo viene raggiunto.

Il ritardo del pacchetto di informazioni trasferito è causato dalla grande differenza di velocità di viaggio tra luce e suono. Questo è qualcosa che sperimentiamo ogni volta che cerchiamo di determinare quanto è lontano da noi un temporale contando i secondi tra il fulmine e il tuono.

Perché usiamo la luce nell'informatica

Oggi anche i piccoli laptop utilizzano più processori, come dual o quad core. Questo è ancora più evidente nelle macchine ad alte prestazioni, supercomputer o grandi data center. Dividere il calcolo tra più processori è un modo per migliorare le prestazioni, noto nel linguaggio informatico come calcolo parallelo.

Questa parallelizzazione, però, solleva nuovi problemi:i diversi core devono parlare tra loro ed esibirsi in sincronia, come una grande orchestra. Qui l'elettronica inizia a raggiungere i suoi limiti. Le connessioni tra i processori soffrono di perdite e producono calore. Questo è il motivo principale per cui il tuo laptop si surriscalda.

A scala industriale, il caldo sta diventando quasi ingestibile. Proprio il mese scorso c'è stato un annuncio per costruire il più grande data center del mondo all'interno del Circolo Polare Artico, per far fronte al problema del calore di questi centri.

I collegamenti ottici tra i processori possono aiutare a risolvere questo problema:i dati codificati come pacchetti leggeri possono fornire ampie larghezze di banda, alte velocità e non producono calore.

Una benedizione e una maledizione

Mentre la velocità della luce è di grande vantaggio quando si inviano dati su Internet in tutto il mondo, è una vera sfida da padroneggiare su un piccolo chip.

La luce percorre 300 metri in appena un milionesimo di secondo. Per fornire una connessione tra diversi processori, abbiamo bisogno di un modo per fermare o ritardare la luce nei momenti in cui il processore ricevente è ancora occupato. In altre parole, abbiamo bisogno di un buffer per i pacchetti leggeri su un chip.

Ma il buffering dei dati ottici nei progetti di chip comuni per la memoria elettronica comporta una perdita di velocità e larghezza di banda.

La nostra nuova ricerca mostra tutte le caratteristiche di un'onda luminosa, ovvero, luminosità, colore e fase - possono essere trasferiti a un'onda iper-suono, e così facendo può essere bufferizzato.

Uno dei motivi per le grandi velocità di trasmissione dei dati ottenute utilizzando la luce risiede nella sua capacità di trasportare dati contemporaneamente a diverse lunghezze d'onda, o colori. Usare più colori è come aprire corsie aggiuntive su un'autostrada affollata.

Quello che sperimentiamo come colore diverso nel caso della luce è un tono diverso per un'onda sonora. Mostriamo che diversi colori possono essere memorizzati come onde sonore con tonalità diverse, e, soprattutto, può essere identificato in modo inequivocabile in seguito.

Onde sonore per memorizzare informazioni

I principi operativi di base del nostro nuovo design, che presenta un fenomeno noto come memoria della linea di ritardo, sono i seguenti:

• un processore codifica i dati appena calcolati su pacchetti leggeri, e lo invia al processore successivo
• se questo processore è ancora occupato, il pacchetto di luce viene trasferito a un'onda sonora
• l'onda sonora viaggia centomila volte più lentamente verso il processore, dandogli il tempo necessario per finire il calcolo
• l'onda sonora viene ritrasferita in un pacchetto di luce, e può essere ulteriormente elaborato.

Questo processo ricorda il funzionamento dei primi computer costruiti all'inizio del XX secolo. Qui le informazioni venivano temporaneamente memorizzate in onde sonore che si propagavano nei tubi di mercurio mentre i processori erano occupati.

Quindi, mentre i chip dei computer stanno raggiungendo i loro limiti di prestazioni, la vecchia idea di una memoria basata su una linea di ritardo che utilizza le onde sonore sta celebrando un ritorno. Questa volta non è in ingombranti tubi di mercurio, ma minuscoli fili di luce su un microchip che sono in grado di elaborare molti più dati.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.