Calcolare alla velocità della luce? Come ottenere memorie e processori più veloci e più efficienti dal punto di vista energetico
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(si apre in una nuova finestra) 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 apre in una nuova finestra). «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(si apre in una nuova finestra). 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»(si apre in una nuova finestra). «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(si apre in una nuova finestra)
Paesi
Regno Unito