پردازنده هایی با سرعت نور!

آیا میخواهید دستگاه های الکترونیکی شما سریع تر کار کند؟ آیا می خواهید تلفن های همراه شما سرعت پردازش بیشتری داشته باشند؟ کامپیوتری که از آن استفاده می کنید چطور؟ طبیعتا اکثر مردم دوست دارند که تجربه سریع و روان تری هنگام کار با دستگاه های دارای پردازنده داشته باشند اما حقیقت این است که با تکنولوژی امروزی نمی توان ناگهان انتظار داشت که انقلابی بزرگ در دنیای پردازنده ها بیافتد. در یک قرن اخیر شاهد این بوده ایم که سرعت کلاک پردازنده ها از چند گیگاهرتز بیشتر نشده است و در حال حاضر جابجا کردن این مرزِ قدرت بسیار سخت می باشد. اگرچه باید گفت که دستیابی اخیر شرکت IBM ممکن است دنیای پردازنده ها را متحول کند.

اجازه بدهید از شما چند سوال بپرسم. آیا در مورد مدار های نوری چیزی می دانید؟ آیا می دانید چگونه این مدار های نوری دستگاه شما را به مراتب سریع تر می کنند؟ اجازه بدهید تا این مطلب را برای شما باز کنم تا کامل متوجه این داستان شوید. برای شروع بهتر است کمی بر روی وجه اشتراک مغز و کامپیوتر تمرکز کنیم. البته وجه اشتراک خاصی هم ندارند اما یک سری شباهت ها وجود دارد که دانستن آنها بدون شک برای همه جالب است.

برای مثال مغز شما دارای چیزی حدود 100 میلیارد سلول که به آنها نورون می گوییم است. این نورون ها در حقیقت سوئیچ های ریزی هستند که با جابجا کردن سیگنال های عصبی به شما اجازه می دهند فکر کرده و اطلاعات را در مغز ذخیره کنید. این سلولها در پردازنده ها از جنس سیلیکون ساخته شده اند که به آنها ترانزیستور می گوییم. اصلا ترانزیستور چگونه کار می کند؟ به زبان ساده ترانزیستور دو عملکرد اصلی دارد که یکی از آنها تقویت سیگنال و دیگری سوئیچ کردن می باشد. برای مثال می توان به دستگاههای تقویت شنوایی اشاره کرد. اما سوئیچ کردن یا همان جابجایی سیگنالها عملی است که در پردازنده ها اتفاق می افتد. از آنجایی که ترانزیستور ها در دو حالت متفاوت قرار می گیرند در نتیجه می توانند به صورت صفر و یک قرار بگیرند.

با قرار دادن تعداد زیادی ترانزیستور در کنار هم در کامپیوتر می توان یک Logic Gate ایجاد کرد که وظیفه آن دریافت جریان های متعدد و دادن خروجی های متفاوت است. این لاجیک گیت ها به کامپیوتر کمک می کنند که تصمیم های مصمم بگیرند. این تصمیم ها توسط منطقی که آن را با نام Boolean Algebra می شناسیم گرفته می شوند. البته باید بگویم که ترانزیستور ها یک مشکلی دارند که در چند خط آینده در مورد آن می نویسم. قبل این موضوع باید از شما بپرسم که آیا از قانون مور یا همان Moore’s Law اطلاع دارید؟ گوردون مور که یکی از همبنیانگذاران شرکت اینتل بود این مبحث را بیان کرد که توانایی دستگاه های الکترونیکی هر دو سال دو برابر می شود. از طرفی می دانیم که هر سال سایز ترانزیستور ها کمتر می شود. حال سوال اینجاست که تا کی می توانیم سایز ترانزیستور ها را کاهش دهیم؟

حقیقت اینجاست که کم کم به دورانی نزدیک می شویم که دیگر نمی شود سایز این ترانزیستور ها را کاهش داد. پس چگونه باید عملکرد بهتری از ترانزیستور ها در آینده انتظار داشت؟ اینجاست که مدار های نوری وارد میدان می شوند. چندی پیش تیم بزرگ تحقیقاتی IBM و Skoltech یک سوئیچ نوری با مصرف انرژی پایین ساختند که احتمال می رود بتوانند جایگزینی برای ترانزیستور های الکترونیکی باشند. در این سوئیچ ها به جای اینکه الکترون تحت تاثیر قرار بگیرد، فوتون دستخوش تغییراتی می شود که اگر همه چیز درست پیش برود دیگر نیازی به خنک کاری نخواهد داشت، ضمن اینکه بسیار در مصرف انرژی صرفه جویی می شود.

جالب است بدانید که از لحاظ تئوری، این پردازنده ها صد تا هزار برابر از بهترین پردازنده امروزی عملکرد سریع تری خواهند داشت. ضمنا در دمای محیط کار می کنند و مشکلات و خطا های پردازنده های امروزی را نخواهند داشت. این پردازنده ها به دو لیزر مجهز هستند که آنها را در دو حالت صفر و یک نگه می دارند. یک لیزر ضعیف کنترل کننده برای روشن و خاموش کردن یک لیزر روشن تر دیگر به کار می رود. تنها چند فوتون برای کنترل کردن لیزر ها نیاز است و برای همین میگوییم که این نسل از پردازنده ها اگر وارد بازار شوند بسیار در مصرف انرژی صرفه جویی خواهد شد. این سوئیچ درون یک حفره کوچک به ضخامت 35 نانومتر صورت می گیرد که از جنس پلیمر نیمه رسانا بوده و مابین دو لایه از جنس غیر ارگانیک شدیدا بازتاب دهنده قرار می گیرد. به زودی یک مطلب تخصصی در مورد مدار های نوری خواهیم نوشت. مربع را دنبال کنید.