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高通驍龍|陳根：從光到激光，讓計(jì)算機(jī)速度提高至一百萬倍

高通驍龍電池

高通驍龍|陳根：從光到激光，讓計(jì)算機(jī)速度提高至一百萬倍

文/陳根
在數(shù)據(jù)增長(zhǎng)、算法精進(jìn)的背景下 ， 算力成為了數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的“新能源” 。 算力時(shí)代正在加速到來 。
小到智能電腦、智能手機(jī)、平板等電子產(chǎn)品 ， 大到天氣預(yù)報(bào)、邊界出行、醫(yī)療保障、清潔能源等民用領(lǐng)域拓展應(yīng)用 ， 都離不開計(jì)算的賦能支撐 。 計(jì)算已經(jīng)實(shí)現(xiàn)從“舊”到“新”的徹底蛻變 ， 成為人類能力的延伸 ， 賦能數(shù)字經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí) 。
然而 ， 一方面 ， 隨著全球化以及科技的高速發(fā)展 ， 需要處理的數(shù)據(jù)量在急劇增加——IDC早前發(fā)布的《數(shù)據(jù)時(shí)代2025》報(bào)告指出 ， 全球每年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將從2018年的33ZB增長(zhǎng)到2025年的175ZB ， 相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理模型和算法也在不斷增加 ， 帶來的結(jié)果就是對(duì)算力和功耗的要求不斷提高 。
另一方面 ， 半導(dǎo)體光刻工藝水平的發(fā)展是以芯片為核心的電子計(jì)算機(jī)的基石 ， 目前半導(dǎo)體光刻的制造工藝幾乎是摩爾定律的物理極限 ， 隨著制造工藝的越來越小 ， 芯片內(nèi)晶體管單元已經(jīng)接近分子尺度 ， 半導(dǎo)體制作工藝的“瓶頸效應(yīng)”越來越明顯 。
因此 ， 如何提高運(yùn)算速度同時(shí)降低運(yùn)算功耗是大數(shù)據(jù)時(shí)代面臨的緊要問題 。

面向未來的計(jì)算系統(tǒng) ， 光作為宇宙里速度最快的事物——它在空氣中以30萬公里/秒的速度傳播 ， 似乎具有天然的優(yōu)勢(shì) 。 光子具有光速傳播、抗電磁干擾、任意疊加等特性 ， 光學(xué)計(jì)算具有天然的并行計(jì)算特性 ， 因而運(yùn)算速度極快 ， 且十分適合做并行運(yùn)算 。
而激光作為原子受激輻射的光更是備受科學(xué)家的關(guān)注 。 近日 ， 來自弗里德里希-亞歷山大-紐倫堡大學(xué)（FAU）激光物理學(xué)教席的研究人員和紐約羅切斯特大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)宣布 ， 他們已經(jīng)證明了未來如何利用激光脈沖將基本計(jì)算操作的速度提高到一百萬倍 。
具體來看 ， 電子學(xué)被設(shè)計(jì)用來傳輸和處理邏輯信息形式的信號(hào)和數(shù)據(jù) ， 其使用二進(jìn)制邏輯 。 另外 ， 這些信號(hào)也可以采取電流脈沖的形式 。 而激光物理學(xué)教席的研究人員幾年來一直在研究如何將光波轉(zhuǎn)換為電流脈沖 。
研究人員在他們的實(shí)驗(yàn)中使用超短激光脈沖照射一個(gè)石墨烯和金電極的結(jié)構(gòu) 。 激光脈沖在石墨烯中誘發(fā)電子波 ， 這些電子波向金電極移動(dòng) ， 在那里它們被測(cè)量為電流脈沖并可被作為信息處理 。
根據(jù)激光脈沖擊中表面的位置 ， 電子波的傳播方式不同 。 這就產(chǎn)生了兩種類型的電流脈沖 ， 它們分別被稱為實(shí)電荷和虛電荷 。
此次 ， FAU的激光物理學(xué)家就通過他們的實(shí)驗(yàn)首次證明了一種新的方法可以用來操作邏輯門——計(jì)算機(jī)處理器中的一個(gè)關(guān)鍵元素 。
邏輯門規(guī)定了如何處理傳入的二進(jìn)制信息 。 該門需要兩個(gè)輸入信號(hào) ， 這里是來自實(shí)電荷和虛電荷的電子波 ， 由兩個(gè)同步的激光脈沖激發(fā) 。 根據(jù)這兩個(gè)波的方向和強(qiáng)度 ， 產(chǎn)生的電流脈沖要么被聚集要么被抹去 。 再一次 ， 物理學(xué)家測(cè)量的電信號(hào)可以被解釋為二進(jìn)制邏輯 ， 即0或1 。
【高通驍龍|陳根：從光到激光，讓計(jì)算機(jī)速度提高至一百萬倍】研究人員表示 ， 通過基礎(chǔ)理論及其與實(shí)驗(yàn)的聯(lián)系 ， 他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了真實(shí)和虛電荷的作用 ， 這為創(chuàng)建超快邏輯門開辟了道路 。 當(dāng)然 ， 雖然可能還需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能在計(jì)算機(jī)芯片上使用這項(xiàng)技術(shù) 。 但至少這已經(jīng)給出了一個(gè)信號(hào) ， 光波電子學(xué)是一項(xiàng)可行的技術(shù) 。

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