オプティカルコンピューティング: 光の力

モリー・ロー

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出典: シャッターストック

• 光コンピュータはフォトニック転送によって動作します。• 転送中の熱損失が最小限に抑えられ、高速になる可能性があります。• フォトニック技術の将来性については議論があります。

オプティカル コンピューティングは、特に AI の分野で急速に主要なプレーヤーになりつつあります。 聞いたことがない人もいるかもしれませんが、レーザーと光速が関係しているので、もっと詳しく調べてみてはいかがでしょうか。

光コンピュータは、フォトニック コンピュータとしても知られ、ご想像のとおり、光子を使用してデジタル計算を実行します。 レーザーまたはインコヒーレント光源によって生成される光波は、数値計算、推論、人工知能、データ処理、データ保存、およびコンピューティングのためのデータ通信を実行するための主要な手段として使用されます。

他のコンピューターと同様に、光学式コンピューターが適切に機能するには、次の 3 つのことが必要です。

光コンピューティングの歴史は、レーダー システムの開発と相互に関連しています。 1960 年代にレーザーが発明されて、全光コンピュータの最初の方式が提案され、1990 年代以降、重点は半導体スマート ピクセルのアレイの光相互接続に移ってきました。

従来のコンピューターは電子を使用して計算を実行しますが、光子にはより高い帯域幅を可能にする能力があります。 可視ビームと赤外線 (IR) ビームは、電子とは異なり、相互作用することなく相互に流れるため、事実上 2 次元コンピューティングに制限される可能性があります。

従来のコンピュータでは、電流を相互に流すために 3 次元配線が必要でした。 したがって、フォトニックコンピュータは、より一般的なコンピュータよりも小さくすることができます。 従来のコンピューティングと同様に、光コンピュータは論理ゲートとバイナリ ルーチンを使用して計算を実行しますが、これらの計算の実行方法は異なります。

光コンピューティングは、プラズモニック ナノ粒子を使用することで、電子コンピューターの機能を可能にするシリコン チャネルや銅線と同様に効率的で信頼性の高い計算を実現できます。 さらに、物理的なワイヤーが存在しないということは、光学式コンピューターが熱や振動による損傷を受けにくいことを意味します。

フォトンは簡単に操作および制御できるため、フォトニック コンピューターはより高速かつ効率的になります。 フォトンの動きは、パワーを大幅に損なうことなく角を曲がって進み続けることができるように誘導および制御できます。 光は容易に閉じ込められ、移動中に失われる情報が少なくなります。これは、相互接続が加熱して電子の動きが遅くなる可能性がある状況で特に役立ちます。

銅線のチャネルあたり 1 GB/秒の能力と比較して、フォトニクスはチャネルあたり 1 TB/秒を超える高いスループットを備えています (近接して多数存在する可能性があります)。

光や情報の往復の利用により、エクサスケール コンピューターが開発されることが期待されています。 エクサスケール コンピューターは、毎秒数十億回の計算を実行でき、これは現在の最速システムより 1000 倍の速さです。

したがって、この代替モードの長所と短所を次のように比較検討できます。

光コンピューティングの利点:

欠点は次のとおりです。

光コンピュータの機能に関しては、研究者の間でも意見が分かれています。 速度、消費電力、コスト、サイズの点で半導体ベースの電子コンピュータと競合できるかどうかは未解決の問題です。

批評家は、現実世界の論理システムには「論理レベルの復元、カスケード性、ファンアウト、および入出力分離」が必要であると主張していますが、現在これらはすべて電子トランジスタによって低コスト、低電力、高速で提供されています。 光ロジックがニッチなアプリケーションを超えて競争力を発揮するには、非線形光学デバイス技術における大きなブレークスルー、あるいはコンピューティング自体の性質の変化さえも必要となるでしょう。