Благодаря новым разработкам процессоры буду работать в десятки раз быстрее современных. Исследование, о котором рассказала пресс-служба МФТИ, поддержано грантом Российского научного фонда. Результаты работы ученых опубликованы в журнале ACS Photonics.
Производительность многоядерных процессоров сегодня определяется не столько скоростью работы каждого ядра, сколько скоростью обмена данными между ними. Между тем электрические медные соединения в микропроцессорах ограничены по пропускной способности, что уже не позволяет наращивать производительность: так, двукратное увеличение количества ядер не дает двукратного роста вычислительной мощности.
Поэтому ведущие компании полупроводниковой индустрии, такие как IBM, Oracle, Intel и HP, сейчас постепенно переходят от электроники к фотонике, в которой информация передается потоками фотонов, а не электронов. Кроме того, возможны гибридные системы. Так, в оптоэлектронном микропроцессоре вычисления внутри каждого ядра будут вестись за счет электронов, а информацию между ядрами будут практически мгновенно передавать фотонные компоненты.
Однако из-за дифракции фотонные компоненты нельзя так же легко уменьшать, как электронные. Эту проблему ученые решают переходом от объемных электромагнитных волн к плазмон-поляритонам, электромагнитным волнам, способным распространяться вдоль поверхности металлов. Но так же, как протекание тока через резистор вызывает выделение тепла, так и фотонные компоненты разогреваются при прохождении поверхностной электромагнитной волны. Плотность тепловой мощности потерь с единицы поверхности плазмонного волновода составляет 10 кВт/см2, что в два раза превышает плотность излучения у поверхности Солнца.
Дмитрий Федянин и Андрей Вишневый, сотрудники лаборатории нанооптики и плазмоники МФТИ, нашли способ решения этой проблемы. Они показали, что использование различных термоинтерфейсов позволит эффективно охлаждать высокопроизводительные оптоэлектронные чипы.
В результате компьютерного моделирования физики пришли к выводу, что если оптоэлектронный чип с активными плазмонными волноводами разместить в воздухе, то его температура повысится на несколько сотен градусов Цельсия, что приведет к неработоспособности устройства. Многослойные термоинтерфейсы нано- и микрометровой толщины в сочетании с простыми системами охлаждения способны уменьшить температуру чипа с нескольких сотен до приблизительно 10 градусов Цельсия, выше температуры окружающей среды.
Производительность многоядерных процессоров сегодня определяется не столько скоростью работы каждого ядра, сколько скоростью обмена данными между ними. Между тем электрические медные соединения в микропроцессорах ограничены по пропускной способности, что уже не позволяет наращивать производительность: так, двукратное увеличение количества ядер не дает двукратного роста вычислительной мощности.
Поэтому ведущие компании полупроводниковой индустрии, такие как IBM, Oracle, Intel и HP, сейчас постепенно переходят от электроники к фотонике, в которой информация передается потоками фотонов, а не электронов. Кроме того, возможны гибридные системы. Так, в оптоэлектронном микропроцессоре вычисления внутри каждого ядра будут вестись за счет электронов, а информацию между ядрами будут практически мгновенно передавать фотонные компоненты.
Однако из-за дифракции фотонные компоненты нельзя так же легко уменьшать, как электронные. Эту проблему ученые решают переходом от объемных электромагнитных волн к плазмон-поляритонам, электромагнитным волнам, способным распространяться вдоль поверхности металлов. Но так же, как протекание тока через резистор вызывает выделение тепла, так и фотонные компоненты разогреваются при прохождении поверхностной электромагнитной волны. Плотность тепловой мощности потерь с единицы поверхности плазмонного волновода составляет 10 кВт/см2, что в два раза превышает плотность излучения у поверхности Солнца.
Дмитрий Федянин и Андрей Вишневый, сотрудники лаборатории нанооптики и плазмоники МФТИ, нашли способ решения этой проблемы. Они показали, что использование различных термоинтерфейсов позволит эффективно охлаждать высокопроизводительные оптоэлектронные чипы.
В результате компьютерного моделирования физики пришли к выводу, что если оптоэлектронный чип с активными плазмонными волноводами разместить в воздухе, то его температура повысится на несколько сотен градусов Цельсия, что приведет к неработоспособности устройства. Многослойные термоинтерфейсы нано- и микрометровой толщины в сочетании с простыми системами охлаждения способны уменьшить температуру чипа с нескольких сотен до приблизительно 10 градусов Цельсия, выше температуры окружающей среды.