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Calcolare alla velocità della luce? Come ottenere memorie e processori più veloci e più efficienti dal punto di vista energetico

Alcuni ricercatori finanziati dall’UE hanno sviluppato un dispositivo integrato in nanoscala con doppia funzionalità elettrico-ottica per il calcolo ad alte prestazioni e a bassa potenza.

Economia digitale

Grazie all’aumento delle applicazioni di megadati e IA, la domanda di tecnologie di elaborazione delle informazioni e di archiviazione della memoria con velocità più elevata, minori consumi energetici e dimensioni ridotte è sempre in crescita. Per affrontare questi problemi, gli scienziati si sono concentrati sulla creazione di sistemi informatici di nuova generazione in grado di archiviare ed elaborare i dati nello stesso luogo, dedicando una particolare attenzione all’uso della luce. In questo contesto si inserisce il progetto Fun-COMP, finanziato dall’UE, che sta sviluppando dispositivi e sistemi nanoelettronici e nanofotonici che combinano le attività centrali di elaborazione delle informazioni di calcolo e memoria. Con il finanziamento parziale del progetto, un team di ricercatori ha recentemente sviluppato un dispositivo elettro-ottico integrato su nanoscala e programmabile con fotoni o elettroni. «Questo fornisce una soluzione elegante per ottenere memorie e processori per computer più veloci e più efficienti dal punto di vista energetico», come affermato in un comunicato stampa dal coordinatore del progetto, l’Università di Exeter. «Il calcolo alla velocità della luce è una prospettiva allettante e grazie a questo sviluppo è ora a portata di mano. Sebbene l’uso della luce per eseguire vari processi informatici sia stato dimostrato in precedenza, mancava, fino a questo momento, un dispositivo compatto in grado di interfacciarsi con l’architettura elettronica dei computer tradizionali».

Incompatibilità

Lo stesso comunicato stampa spiega che la ragione principale dell’incompatibilità tra il calcolo elettrico e quello basato sulla luce risiede nel fatto che «i volumi di interazione siano fondamentalmente diversi per elettroni e fotoni (la lunghezza d’onda della luce è nettamente superiore a quella degli elettroni)». Il team ha fornito una soluzione a questo problema e «ha combinato concetti di fotonica integrata, plasmonica e tecnologie di memoria elettronica per fornire un dispositivo compatto in grado di funzionare contemporaneamente come memoria ottica o elettrica e come processore». Il comunicato stampa aggiunge: «Le informazioni possono essere archiviate ed elaborate utilizzando segnali luminosi o elettrici, oppure mediante una qualsiasi combinazione dei due». I ricercatori hanno pubblicato il loro studio nella rivista «Science Advances». «Si tratta di una dimostrazione senza precedenti di una cella di memoria a cambiamento di fase integrata, reversibile e non volatile che colma completamente il divario tra le operazioni in modalità mista elettro-ottica». Concludono: «Nei prossimi anni ci aspettiamo l’apparizione di una pletora di nuovi dispositivi e piattaforme, che trarranno vantaggio dal ponte tra i domini elettrici e fotonici ivi dimostrati». Il progetto Fun-COMP (Functionally scaled computing technology: From novel devices to non-von Neumann architectures and algorithms for a connected intelligent world) in corso, cerca di «sviluppare una nuova ondata di tecnologie rilevanti per l’industria che estenderà i limiti degli approcci di elaborazione e archiviazione tradizionali», come osservato sul sito web del progetto. Nel maggio 2019, un altro studio parzialmente finanziato da Fun-COMP si è concentrato sulla progettazione di un hardware che imita i neuroni e le sinapsi artificiali: connessioni tra i neuroni in grado di archiviare ed elaborare le informazioni in maniera simile a quella del cervello umano. «Tale hardware, se collegato a reti o sistemi neuromorfi, elabora le informazioni in un modo più analogo a quello del cervello», affermano i ricercatori in un articolo della rivista «Nature». «Qui presentiamo una versione completamente ottica di questo sistema neurosinaptico, capace di apprendimento con e senza supervisione». Per maggiori informazioni, consultare: sito web del progetto Fun-COMP

Paesi

Regno Unito

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