Novo processador analógico usa luz para computação de alto desempenho

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/09/2021

Este acelerador analógico pode resolver problemas difíceis de engenharia e ciências, conhecidos como equações diferenciais parciais, em frações de segundo.
[Imagem: Mario Miscuglio]

Processador analógico de luz

Várias demonstrações já comprovaram que processadores analógicos podem ter muitas vantagens em relação aos computadores digitais.

Processadores analógicos fotônicos, então - processadores analógicos baseados em luz, em vez de eletricidade - oferecem oportunidades únicas para lidar com tarefas computacionais complexas com desempenho sem precedentes em termos de dissipação de energia e velocidade, superando as limitações atuais das arquiteturas de computação digitais, baseadas em fluxos de elétrons.

Uma equipe de engenheiros da Universidade George Washington, nos EUA, acaba de apresentar um novo processador analógico nanofotônico - não mais uma demonstração em grandes mesas de laser, mas na forma de um chip com componentes em nanoescala.

O processador é otimizado para resolver algumas das tarefas mais intensivas em computação, usadas nos mais diversos campos da engenharia e da ciência: A busca de soluções para equações diferenciais parciais.

Materiais artificiais

O processador analógico foi construído como metamateriais, neste caso uma classe desses materiais artificiais com permissividade dielétrica muito baixa, o que faz com que eles interajam com a radiação eletromagnética, incluindo a luz, de maneira que nenhum material natural consegue - essa classe é conhecida como materiais épsilon-quase-zero, onde a letra grega épsilon representa a permissividade.

"Aqui, exploramos, por meio de simulação numérica, uma plataforma nanofotônica baseada em materiais épsilon-quase-zero capazes de resolver no domínio analógico equações diferenciais parciais (EDP). O alongamento do comprimento de onda em mídia de índice zero permite interações altamente não locais dentro da placa com base na condução do deslocamento elétrico, que pode ser monitorado para extrair a solução de uma ampla classe de problemas de EDP," escreveu a equipe.

Esses metamateriais estão na base de quase todas as tentativas para trocar a eletricidade pela luz nos chips, com demonstrações interessantes, desde resolver equações instantaneamente até criar matéria digital.

Ilustração dos elementos básicos do processador fotônico e imagens do protótipo fazendo seus cálculos instantâneos.
[Imagem: Mario Miscuglio et al. - 10.1038/s42005-021-00683-4]

Processador fotônico integrado

A grande vantagem da nova demonstração é que este processador nanofotônico pode ser integrado em escala de chip, processando entradas arbitrárias na velocidade da luz.

Na verdade, este trabalho representa a transposição do processador de luz ultrarrápido, criado pela equipe no início deste ano, para a plataforma usada pela microeletrônica, tirando-o das mesas de luz do laboratório para integrá-lo em um chip.

"Explorando o controle da técnica de deposição obtido experimentalmente através dos parâmetros do processo, usados em nossas simulações, demonstramos a possibilidade de implementar o processador nano-óptico proposto usando óxido de índio-estanho compatível com CMOS, cujas propriedades ópticas podem ser ajustadas por injeção de portadoras para obter programabilidade em altas velocidades e baixos requisitos de energia," disse a equipe.

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