Notizia

May 08, 2023

Calcolo ottico: il potere della luce

Molly Loe

Molly Loe

@TechHQ

[email protected]

Fonte: Shutterstock

• I computer ottici funzionano tramite trasferimento fotonico. • Potrebbero essere veloci, con una perdita di calore minima durante il trasferimento. • C'è controversia sulle promesse della tecnologia fotonica.

L’informatica ottica sta rapidamente diventando un attore importante, soprattutto nel campo dell’intelligenza artificiale. Saresti perdonato se non ne avessi mai sentito parlare, ma coinvolge laser e velocità della luce, quindi perché non saperne di più?

I computer ottici, noti anche come computer fotonici, eseguono calcoli digitali utilizzando – avete indovinato – fotoni. Le onde luminose prodotte da laser o sorgenti incoerenti sono utilizzate come mezzo primario per eseguire calcoli numerici, ragionamento, intelligenza artificiale, elaborazione dati, archiviazione dati e comunicazione dati per l'informatica.

Come ogni computer, un computer ottico ha bisogno di tre cose per funzionare bene:

La storia del calcolo ottico è legata allo sviluppo dei sistemi radar. Negli anni '60, l'invenzione del laser ha visto la proposta dei primi schemi per un computer completamente ottico e dagli anni '90 l'enfasi si è spostata sull'interconnessione ottica di matrici di pixel intelligenti semiconduttori.

I computer tradizionali utilizzano gli elettroni per eseguire calcoli, ma i fotoni hanno la capacità di consentire una larghezza di banda maggiore; i raggi visibili e infrarossi (IR) si incrociano senza interagire, a differenza degli elettroni, quindi possono essere vincolati a ciò che è effettivamente un calcolo bidimensionale.

Il cablaggio tridimensionale è necessario nei computer tradizionali per dirigere le correnti elettriche l'una attorno all'altra. Quindi, un computer fotonico può essere più piccolo della sua controparte più comune. Come l'informatica tradizionale, i computer ottici utilizzano porte logiche e routine binarie per eseguire calcoli, ma il modo in cui questi calcoli vengono eseguiti è diverso.

Il calcolo ottico può ottenere calcoli altrettanto efficienti e affidabili dei canali di silicio e dei fili di rame che consentono il funzionamento dei computer elettronici, utilizzando nanoparticelle plasmoniche. Inoltre, l'assenza di cavi fisici significa che i computer ottici sono meno soggetti a danni dovuti al calore o alle vibrazioni.

Poiché i fotoni possono essere facilmente manipolati e controllati, i computer fotonici sono più veloci ed efficienti. I movimenti dei fotoni possono essere guidati e controllati in modo tale che possano girare gli angoli e proseguire senza una significativa perdita di potenza. La luce può essere facilmente contenuta e perde meno informazioni durante il viaggio, il che è particolarmente utile in situazioni in cui le interconnessioni potrebbero surriscaldarsi, rallentando il movimento degli elettroni.

La fotonica ha un throughput elevato >1 TB/s per canale (di cui possono essercene molti nelle immediate vicinanze), rispetto alla capacità del filo di rame di 1 GB/s per canale.

La speranza è che l’uso della luce o lo scambio di informazioni portino allo sviluppo di computer exascale. I computer Exascale potrebbero eseguire miliardi di calcoli ogni secondo, 1000 volte più velocemente degli attuali sistemi più veloci.

Quindi, possiamo valutare i vantaggi e gli svantaggi di questa modalità alternativa come segue:

Vantaggi del calcolo ottico:

Gli svantaggi sono:

Ci sono disaccordi tra i ricercatori per quanto riguarda le capacità dei computer ottici. Se possano o meno competere con i computer elettronici basati su semiconduttori in termini di velocità, consumo energetico, costi e dimensioni è una questione aperta.

I critici sostengono che i sistemi logici del mondo reale richiedono "ripristino del livello logico, possibilità di collegamento in cascata, fan-out e isolamento ingresso-uscita", che sono attualmente forniti da transistor elettronici a basso costo, bassa potenza e alta velocità. Affinché la logica ottica sia competitiva al di là delle applicazioni di nicchia, sarebbero necessari importanti progressi nella tecnologia dei dispositivi ottici non lineari, o addirittura un cambiamento nella natura dell’informatica stessa.