Un gruppo di ricercatori in Giappone ha sviluppato un nuovo tipo di processore noto come PAXEL, un dispositivo che può potenzialmente aggirare la legge di Moore e aumentare la velocità e l'efficienza dei computer. PAXEL, che sta per acceleratore fotonico, è posizionato all'estremità anteriore di un computer digitale e ottimizzato per eseguire funzioni specifiche ma con un consumo energetico inferiore a quello necessario per i dispositivi completamente elettronici.

I transistor ad effetto di campo a semiconduttore in ossido di metallo sono la base per la maggior parte dei circuiti elettronici integrati, ma sono limitati dalla legge di Moore, che dice che il numero di chip del microprocessore su un singolo circuito elettronico raddoppierà ogni due anni. C'è un limite intrinseco a questo, anche se, in base al modo in cui la dimensione dei chip del microprocessore si relaziona alla natura quantomeccanica degli elettroni.

È possibile superare parzialmente il problema della legge di Moore utilizzando l'elaborazione parallela, in cui più processori eseguono calcoli simultanei. Questo approccio non funziona per tutte le applicazioni, però.

In un giornale in Fotonica APL , da AIP Publishing, i ricercatori hanno esaminato un'altra tecnica per utilizzare la luce per la fase di trasporto dei dati nei circuiti integrati, poiché i fotoni non sono soggetti alla legge di Moore. Invece di circuiti elettronici integrati, molti nuovi sviluppi ora riguardano i circuiti integrati fotonici (PIC). L'acceleratore PAXEL adotta questo approccio e utilizza nanofotonica ad alta efficienza energetica, che sono foto molto piccole.

Nanofotonica, come quelli utilizzati in PAXEL, operano alla velocità della luce e possono eseguire calcoli in modo analogico, con dati mappati sui livelli di intensità della luce. Le moltiplicazioni o le addizioni vengono quindi eseguite variando l'intensità della luce. I ricercatori hanno considerato diverse architetture PAXEL per una varietà di usi tra cui reti neurali artificiali, calcolo del serbatoio, logica pass-gate, processo decisionale e rilevamento compresso.

Un'applicazione particolarmente interessante di PAXEL è nel cosiddetto fog computing. Questo è come il cloud computing, ma utilizza risorse computazionali (server) vicino al "terreno" in cui si verifica l'evento originario. Un PAXEL compatto collegato a un tablet o un altro dispositivo portatile potrebbe rilevare segnali e trasmettere le informazioni tramite un collegamento wireless 5G alle vicine risorse di calcolo della nebbia per l'analisi dei dati.

Le applicazioni di questa nuova tecnologia sono attese in un'ampia gamma di aree, tra cui test medici e veterinari al punto di cura, diagnostica, test su farmaci e alimenti, e biodifesa. Poiché molti dei nostri dispositivi domestici e aziendali sono connessi tramite il Web, migliore capacità di calcolo, compreso il trasporto di dati con una maggiore efficienza energetica, sarà necessario. Si prevede che progressi come PAXEL contribuiranno a soddisfare queste esigenze.