Aygıt içi veri taşımada kablolara veda

Stanford elektrik mühendisi Jelena Vuckovic bilgisayarları daha hızlı ve verimli hâle getirmeye uğraşıyor. Bu amaçla, işlemlerin yapıldığı çipler arasında veri taşımak için yeni bir yöntem geliştirmiş..
Görsel Telif:

Stanford elektrik mühendisi Jelena Vuckovic bilgisayarları daha hızlı ve verimli hâle getirmeye uğraşıyor. Bu amaçla, işlemlerin yapıldığı çipler arasında veri taşımak için yeni bir yöntem geliştirmiş. Günümüz bilgisayarlarında veri kablolar içinden bir dizi elektronun itilmesi ile taşınıyor. Bu da dizüstü bilgisayarların ısınmasına da neden olan büyük miktarda güç harcanması anlamına geliyor.

“Birkaç sene önce meslektaşım David Miller bilgisayarların güç tüketimine ilişkin ayrıntılı bir çözümleme yaptı. Elde ettiği sonuçlar gerçekten çok çarpıcıydı,” diyor Vuckovic. “Mikroişlemci gücünün %80 kadarı verinin iç bağlantı kablolarında taşınmasına harcanmaktaydı.” Lisansüstü öğrencisi Alexander Piggott ve ekibi ile hazırlayarak Nature Photonics dergisinde yayımladıkları makalelerinde devrim yaratacak bir yöntem ileri süren Vuckovic, bilgisayar içinde veri taşımada elektrik yerine ışık kullanmanın yararlarını vurguluyor.

Kanıtlanmış teknoloji

Kızılötesi ışık silikon yapıya soldan giriyor. Bir algoritma tarafından belirlenen ve kesilerek biçimlendirilen desenler, bu ışığın iki farklı frekansını sağdaki patikalara yönlendiriyor. Resimde, bir toz taneciği büyüklüğünde olan çalışır durumdaki aygıtın çok büyütülmüş hâli görülüyor.

Kızılötesi ışık silikon yapıya soldan giriyor. Bir
algoritma tarafından belirlenen ve kesilerek biçimlendirilen desenler, bu ışığın iki farklı frekansını sağdaki patikalara yönlendiriyor. Resimde, bir toz taneciği büyüklüğünde olan çalışır durumdaki aygıtın çok büyütülmüş hâli görülüyor.

Stanford mühendislerinin isteği, veriyi fiber optik iplikler boyunca ışık fotonları göndererek taşımak. Yani kendini kanıtlamış bir internet teknolojisinin minyatürünü oluşturmayı amaçlıyorlar. “Optik taşıma, kablolarda elektron hareket ettirmekten çok daha az enerji gerektiriyor. Çip ölçeğinde bağlantılar söz konusu olduğunda, ışık 20 kat daha fazla veri taşıyabilir,” diyor Piggott.

Kuramsal olarak bu yapılabilir bir şey. Çünkü silikon kızılötesi ışığı geçiren bir malzeme; tıpkı camın görünür ışık için saydam olması gibi. Dolayısıyla kabloları optik iç bağlantılarla (kızılötesi ışık taşımak için tasarlanmış silikon yapılarla) değiştirebiliriz. Ancak şu ana dek mühendislerin optik iç bağlantıları her seferinde tasarlaması gerekiyordu. Her bir elektronik sistem için böyle bağlantılardan binlercesine gerek duyulduğundan, optik veri taşıma pratik olmayan bir yöntem sayılıyordu.

Şimdi geliştirdikleri “ters tasarım algoritması” sayesinde Stanford mühendisleri bu darboğazı geride bıraktıklarına inanıyorlar. Nasıl işlediği adından anlaşılabilen bu algoritmayı kullanırken mühendisler önce optik devrenin ne yapmasını istediklerini belirliyorlar. Ardından yazılım, bu görevi gerçekleştirmek için üretilmesi gereken silikon yapının ayrıntılarını sunuyor. Vuckovic bu algoritmayı kullanarak laboratuvarlarında çalışan bir optik devre tasarlayıp birkaç kopyasını da ürettiklerini belirtiyor. Araştırmacılar ters tasarım algoritmasının pek çok başka potansiyel uygulamaları olacağını düşünüyor.

Işık ve silikon

Yapılan çalışmanın temel noktası, görünür ışığın camdan geçmesi gibi kızılötesi ışığın silikondan geçebiliyor olması. Bir prizma görünür ışığı büküp nasıl gökkuşağı oluşturuyorsa, farklı silikon yapılar da kızılötesi ışığı yararlı biçimlerde bükebilir. Stanford algoritması öylesine ince silikon yapılar tasarlıyor ki, bunlardan 20 tanesinden fazlası bir saç telinin içine yanyana sığabilecek boyutta oluyor. Böyle silikon iç bağlantılar, belli frekanstaki kızılötesi ışığı belli bir noktaya yönlendirerek, kabloların yerini alabilir.

Ters tasarım algoritması sayesinde optik iç bağlantılar pratik hâle geliyor; çünkü yapılmak istenen iş için nasıl bir silikon prizma hazırlamak gerektiğine karar vermek kolaylaşıyor. Algoritma doğru yapıyı hesapladığı anda mühendislere kalan, sadece var olan endüstriyel süreçleri kullanarak, deseni bir silikon parçasına aktarmak oluyor.

Araştırmacılar, optik iç bağlantıların tasarlanma sürecini otomatikleştirerek, içsel veri taşımada elektrik yerine ışık kullanan çok daha verimli ve hızlı yeni nesil bilgisayarların sahneye çıkmasına çok yaklaştığımızı düşünüyorlar.

 


Kaynak: Inverse design and demonstration of a compact and broadband on-chip wavelength demultiplexer, Nature Photonics (2015) DOI: 10.1038/nphoton.2015.69


Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv