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Des chercheurs créent des transistors photoniques, une voie potentielle pour la poursuite de la loi de Moore – High-teK.ca

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Des chercheurs de l’Université de Vienne ont réussi à démontrer un transistor à semi-conducteur qui s’appuie sur la lumière, plutôt que sur des impulsions électriques, pour basculer entre un « 0 » et un « 1 ». C’est la deuxième fois que l’équipe de Vienne bat pour l’équipe, qui a initialement démontré un design similaire en 2011, mais cette nouvelle architecture a un avantage critique qui manquait au modèle initial. La première conception nécessitait une bobine magnétique externe. La nouvelle méthode ne le fait pas, ce qui réduit considérablement la consommation d’énergie et augmente la vitesse de commutation.

Voici comment fonctionne le concept. La lumière, une fois générée, a une polarisation particulière. Cette polarisation peut théoriquement être décalée, mais le faire sans perdre une quantité significative de l’onde totale a toujours été difficile. En utilisant le rayonnement térahertz en conjonction avec un type particulier de filtre de polarisation, l’équipe a pu déplacer la lumière d’avant en arrière en utilisant un potentiel électrique de moins d’un volt.

Structure de transistor photonique

C’est important, pour plusieurs raisons. Comme l’explique Andrei Pimenov, chef d’équipe, « les composants des ordinateurs d’aujourd’hui, dans lesquels les informations ne sont transmises que sous forme de courants électriques, ne peuvent pas être fondamentalement améliorés. Remplacer ces courants par de la lumière ouvrirait une gamme de nouvelles opportunités. Les commentaires de Pimenov vont dans le sens tendances dont nous avons discuté au cours des deux dernières années. Dans un article de 2011 sur la mise à l’échelle multicœur, une enquête approfondie sur les meilleurs scénarios de mise à l’échelle CMOS conventionnelle a conclu que :

Le chemin vers 8 nm en 2018 se traduit par une accélération moyenne de 3,7x dans le meilleur des cas ; environ 14 % par an pour les codes hautement parallèles et les configurations optimales par référence. Les rendements seront certainement plus faibles dans la pratique… alors que les avantages de la mise à l’échelle multicœur commencent à diminuer, un nouveau moteur de l’utilité des transistors doit être trouvé, ou l’économie de la mise à l’échelle des processus s’effondrera et la loi de Moore prendra fin bien avant que nous n’atteignions les limites de fabrication finales.

Le travail d’Intel sur la tension proche du seuil est conçu pour améliorer l’efficacité des transistors en trouvant des moyens de faire fonctionner les processeurs à faible puissance, mais cela n’affecte pas les limites fondamentales auxquelles nous pouvons activer ou désactiver le silicium. Le besoin d’approches non standard du problème qui peuvent éventuellement commuter à des tensions inférieures et à des vitesses équivalentes est critique, et la recherche sur le térahertz que l’équipe de Vienne a lancée pourrait faire partie d’un long terme remplacement du silicium traditionnel.

Tension proche du seuil d'Intel

Comme pour tous les remplacements potentiels de silicium, l’écart entre la construction d’un seul transistor photonique et l’emballage de 4,3 milliards d’entre eux dans un processeur et son expédition pour 300 $ est important, mais l’équipe de recherche a fait des progrès notables en seulement deux ans. Si les percées se poursuivent à ce rythme, nous pourrions voir des structures commerciales viables avant la fin de la décennie.

L’équipe de Pimenov n’est pas le seul groupe de recherche à travailler sur les structures photoniques de nouvelle génération — IBM a démontré des interconnexions photoniques au cours des six derniers mois. Bien qu’ils résolvent différents problèmes, la possibilité d’utiliser une lumière de faible puissance pour la communication plutôt qu’un fil de cuivre conventionnel résoudrait un sérieux goulot d’étranglement à la fois pour l’intégration SoC et recherche en supercalcul.

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