اولین پردازنده تمام نوری جهان با فرکانس ۱۰۰ گیگاهرتزی ساخته شد؛ فوتون به جای الکترون

محققان مؤسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech) موفق به طراحی اولین کامپیوتر تمام نوری جهان شده‌اند که با فرکانس بیش از 100 گیگاهرتز عمل می‌کند. این دستاورد می‌تواند صنایع وابسته به پردازش داده را متحول کرده و عصر جدیدی در محاسبات فوق سریع کلید بزند.

سرعت کلاک یا فرکانس پردازنده تعیین کننده تعداد دستوراتی است که یک کامپیوتر در هر ثانیه اجرا میکند. اگرچه در سال‌های ابتدایی صنعت نیمه‌هادی، سرعت پردازنده‌‌ها مطابق قانون مور در حال افزایش بود، اما از اوایل دهه ۲۰۰۰ و با نزیک شدن به فرکانس 5 گیگاهرتز، دو مانع اصلی این پیشرفت را متوقف کردند:

1. محدود‌یتهای مقیاس‌بندی دنارد: با کوچک شدن ترانزیستورها، جریان نشتی ترانزیستور که در اندازه‌های بزرگتر عامل مهمی نبود، به یکی از موانع اصلی افزایش سرعت سوئیچینگ ترانزیسترها تبدیل شده است.
2. گلوگاه فون نویمان:  کامپیوترهای فعلی بر اساس معماری فون نویمان ساخته شده‌اند که محدودیت‌های سرعت انتقال اطلاعات بین پردازنده و حافظه، عامل محدود کننده مهمی در آن به شمار می‌رود.

اما بر اساس مطالعه‌ای که اخیراً در پایگاه arXiv منتشر شده است، این موانع به‌زودی با معرفی اولین کامپیوتر تمام‌نوری ۱۰۰ گیگاهرتزی پشت سر گذاشته می‌شوند. این کامپیوتر جدید با استفاده از نور به‌جای برق برای پردازش داده‌ها، محدودیت‌های موجود را دور می‌زند.

استفاده از نور برای غلبه بر محدودیت‌های محاسباتی

پژوهشگران موسسه فناوری کالیفرنیا یک شبکه عصبی بازگشتی تمام‌نوری پیاده‌سازی کرده‌اند که به کمک پالس‌های لیزری داده‌ها را پردازش می‌کند. یکی از اجزای کلیدی این پردازنده، «حفره نوری» است که هم به‌عنوان حافظه و هم به‌عنوان پردازنده عمل می‌کند. در این بخش، سیگنال‌های نوری با سرعتی فوق‌العاده که توسط فرکانس پالس‌های لیزری تعیین می‌شود، بازچرخانی و پردازش می‌شوند.

این معماری امکان انجام وظایفی مانند طبقه‌بندی سیگنال، پیش‌بینی سری‌های زمانی، و تولید تصویر را با سرعت و کارایی بی‌سابقه‌ای فراهم می‌کند. برخلاف طراحی‌های سنتی، سیستم‌های نوری مشکلات انتقال داده و چگالی توان را ندارند.

در همین رابطه بخوانید:

- پردازش اطلاعات در یک چشم به هم زدن؛ این نورون لیزری یک میلیارد بار سریع‌تر از نمونه طبیعی است

پیامدهای این اختراع

کامپیوتر تمام‌نوری می‌تواند زمینه‌هایی مانند ارتباطات فوق‌سریع، تصویربرداری پیشرفته و هوش مصنوعی مولد را دگرگون کند. همچنین، خودروهای خودران ممکن است برای تصمیم‌گیری‌های آنی و افزایش ایمنی به این فناوری وابسته شوند.

محققان در تلاش‌اند این فناوری را به سیستم‌هایی کوچک‌تر و مقیاس‌پذیر تبدیل کنند. استفاده از مواد پیشرفته‌تر برای کوچک‌سازی سیستم، از جمله گام‌های آینده است. با این حال، رساندن کامپیوترهای تمام‌نوری ۱۰۰ گیگاهرتزی به سطحی که برای کاربران عادی قابل استفاده باشد، چالش بزرگی خواهد بود.