Знаменитый закон Гордона Мура гласит: «Количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца». До 2005 года этот закон работал безукоризненно, а потом что-то пошло не так: прогресс остановился из-за физических ограничений транзисторов и проблем энергопотребления. Однако, сейчас учёные вновь нашли способ увеличить производительность компьютеров.
Максимум производительности ПК, которой ранее смогли добиться люди, составляет, 5 ГГц. Попытки дальнейшего ускорения сталкивались с двумя, казалось бы, непреодолимыми препятствиями:

– Утечкой тока в микротранзисторах, что приводило к перегреву.

– Узкое «горлышко» в архитектуре фон Неймана: совместное использование шины для доступа к памяти за данными и командами программы замедляет всю систему.

Команда учёных из Калифорнийского технологического института нашли способ обойти это ограничение. Они разработали устройство, которое вместо электричества использует свет – световые сигналы обрабатываются без необходимости преобразования в электрические импульсы. Соответственно, скорость обработки данных увеличивается в разы: оптические импульсы позволяют выполнять миллиарды операций за доли секунды.

В основе разработанной учёными системы лежит модель рекуррентной нейронной сети. В ней входной сигнал проходит через оптическую полость с обратной связью, выполняя линейные и нелинейные операции с сохранением данных. Для синхронизации операций используется лазерные импульсы: таким образом естественным ограничением для дальнейшего роста скорости обработки становится скорость света.
Открывающиеся с разработкой горизонты использования устройств с транзисторами нового типа поражают. Инновационную систему можно внедрить сферы телекоммуникаций, ультрабыстрой обработки сигналов, прецизионного измерения и высокоскоростного трейдинга. Кроме того, в будущем обработку данных с помощью чипов на основе светового сигнала можно будет использовать в беспилотных транспортных средствах, генеративном ИИ, высокоточной лазерной навигации и т. д.

Учёные отмечают, что интеграцию разработанной ими технологии на чипы из тонкопленочных материалов (например, из лития-ниобата) сделает технологию более компактной и доступной для массового производства.