Как ускорить процессор: физики Петербурга разработали наночип для сверхбыстрой передачи информации

28 июня 2022, 06:57

Физики Алфёровского университета совместно с Петербургскими учеными из других ВУЗов предложили способ увеличить производительность электроники и компьютеров. Для этого исследователи создали новый источник оптического излучения. Его размеры сопоставимы с компактными чипами, используемыми в наноэлектронике, но свойства позволяют многократно ускорить передачу информации внутри микросхемы. Результаты опубликованы в The Journal of Physical Chemistry Letters.

Повышение скорости обработки информации — одна из главных задач развития вычислительной техники на сегодняшний день. Для этого широко используется прием параллельной работы многих вычислительных ядер в составе процессора. Но сильнее на общую производительность устройства влияет не скорость работы отдельных ядер, а скорость связи ядер между собой.

Так как свет — излучение с высокой скоростью, именно оптические технологии передачи информации самые быстрые. Наибольшая скорость соединения может быть достигнута с помощью оптоволоконных линий. Их широко используют для связи между рабочими станциями, но для внедрения внутри вычислительных устройств их размеры слишком велики.

Учёные из Академического университета им. Ж.И. Алферова, Политехнического университета Петра Великого, СПбГУ, университета ИТМО и Института аналитического приборостроения предложили оптоэлектронные микрочипы нового поколения: компактные как классические чипы из металла и высокоэффективные как их оптические аналоги. Для этого исследователи разработали свою концепцию источника наноразмерного оптического излучения. В его основе плазмонные резонаторы - они значительно меньших обычных резонаторов по размерам.

“Эффективность такого источника излучения максимальна, если наноконтакт находится в связи с наноантенной — структурой, увеличивающей плотность оптических состояний. Поэтому мы создали уникальный метод формирования оптических наноантенн с помощью сканирующего туннельного микроскопа”,  — объясняет Денис Лебедев, научный сотрудник лаборатории возобновляемых источников энергии Алфёровского университета.

Через зонд микроскопа подавался импульс тока, локально воздействующий на поверхность пленки из слоев золота и кремния. В месте воздействия формировалась композитная структура, обладающая свойствами эффективной оптической наноантенны при размере всего лишь 60 нанометров. Туннельный микроскоп позволяет позиционировать острие зонда с точностью до нескольких нанометров, формируя массивы наноантенн на нужных участках микрочипа.

Опыты показали, что источник создаёт оптическое излучение, генерируемое наноантеннами при их возбуждении током, который протекал через вакуумный наноконтакт, образованный зондом микроскопа и поверхностью чипа. При этом размер нового источника излучения менее 100 нм, что по порядку величины сопоставимо с размерами элементов современных микрочипов.

Полученные результаты позволят создавать оптоэлектронные чипы нового поколения, а значит многократно повысить производительность и эффективностью современных компьютеров.