Computer

Tiến bộ ở ngành điện tử , siêu computer:

Computer chạy bằng ánh sáng

G S Tôn thất Trình

Những mạch vòng hội nhập - integrated circuits mới sử dụng hạt tử ánh sáng ( quang tử ) - photons để chế tạo những máy siêu - supercomputer mau lẹ và cực kỳ hửu hiệu điện. Tốc độ ánh sáng cũng mau lẹ như khi có ánh sáng và các nhà khảo cứu IBM khai thác sự kiện này để làm máy siêu computer mạnh hơn . Họ đã làm ra những vi xử lý- chip silicon nhỏ nhất, dùng ánh sáng đễ chuyễn đi thông tin. Đa số thành phần chip giống như mọi chip thương mãi khác . Những thành phần tiến trình hay đổi thông tin , nói một cách khác là những thành phần làm điện toán hiện hửu , cũng vẫn còn dàn trải electrons di chuyễn qua những cổng bán dẫn. .Nhưng những mối nối lẫn nhau - interconnected, những con đường đưa thoi ( qua lại ) thông tin giữa những vùng khác nhau bên trong chip , thật khác hẳn nhau. Thay vì đưa thoi - shuttle electrons , có thể làm chậm đi khi các mối nối lẫn nhau nóng lên , chúng đưa thoi ánh sáng. Làm được như vậy nhờ ánh sáng chứa và mất ít thông tin lúc chúng du hành. Các nhà khảo cứu hy vọng là giao thông mau lẹ này sẽ làm ra computer đầu tiên hình thái kép 1018 ( exascale ) ; nghĩa là computer có thể thực hiện một tỉ lần tỉ - a billion billion bài tính - computations một giây đồng hồ , 1 000 lần mau lẹ hơn những hệ thống mau lẹ nhất hiện có. Theo kỷ sư IBM Will Green, một lợi lộc khác là: những mối nối kết lẫn nhau quang học sử dụng ít điện hơn một cách đáng kể, làm chúng hoạt động rẽ tiền hơn. Điều này đặc biệt quan trọng vì các máy siêu computer điển hình tiêu thụ hàng megawatts điện, khi máy chạy. IBM đã làm ra một kiểu máy chạy đầu tiên , cho biết là một dịch bản thương mai của chip mới, sẽ cài vào một siêu computer vào năm 2018 .

Thống kê : 2.5 tốc độ chóp bu lắc lư peta - petaflops ( có nghĩa là làm 1015 bài tính điểm thả nổi - floating points một giây đồng hồ ) của những máy siêu computer chạy mau lẹ nhất thế giới Tianhe -1A . 10 Dự án tốc độ chóp bu ở lắc lư peta của siêu computer Blue Waters - Nước Xanh Dương sẽ được hoàn tất năm 2011. 1 000 tốc độ chóp bu lắc lư peta của một computer hình thái kép exascale .

Giải thích hình đính kèm . Những đường ánh sáng. Hình ảnh của một chip kiểu mẩu đầu tiên dùng quang tử, trình bày những cơ cấu khác biệt : đa lộ - multiplexers , bộ điều biến - modulators , máy dò ánh sáng -photodetectors, thao tác ánh sáng khi ánh sáng du hành qua silicon.


Cách nào ánh sáng đem thông tin vào một chip - vi xử lý máy computer quang tử :

1- Tạo ra tín hiệu : một điod laser phát nguồn ánh sáng vào một lộ đường silicon nâng lên, gọi tên là một hướng dẫn làn sóng - waveguide . Nguồn ánh sáng có thể chứa nhiều bước sóng - wavelength ( màu sắc ) và như vật phát đi cùng một lúc nhiều tín hiệu khác nhau .

2- Làm mã số thông tin : bộ điều biến làm mã số thông tin ở dòng ánh sáng bằng cách chặt nó ra thành những nhịp - pulses. Khi dòng vào bộ điều biến, nó gặp một loạt dòng điện tắt hay mở ( on- and- off ). Trước hiện diện một dòng điện , dòng chậm hẳn đi . Khi dòng điện ngưng chạy, dòng chảy đi không bị cản trở gì hết. Nay ánh sáng mang theo thông tin - nghĩa là các con số 1s và 0s - dưới dạng nhịp .

3- Thu thập các dòng : để có nhiều không gian trên chip cho các thiết bị vi xử lý- processors , một linh kiện tên gọi là đa lộ phân chia bước sóng - wavelength division multi plexer , bó lại nhiều dòng ánh sáng thành chỉ một dòng. Đa lộ giống như một cây to - cổ thụ : ánh sáng vào các cành cây ở đầu ngọn cành. 8 cành nhập lại thành 4; 4 cành thành 2; và hai cành cuối chảy cùng nhau để trở thành thân cây , vì rằng mỗi dòng có một màu sắc ( cho nên có những bước sóng khác nhau ) và những bước sóng khác biệt cũng không tương tác với nhau cho nên mỗi dòng vẫn mang theo 8 bộ thông tin. Nay dòng có thể du hành xuống một hướng dẫn làn sóng , thay vì nhiều dòng nhỏ.

4- Di chuyễn trên chip : Sau khi dòng trồi ra khỏi đa lộ, nó du hành mạng lưới - grid qua các lộ đường phủ đầy trên chip . Mỗi ngã rẽ có một nút - switch quang học . Nút kiểm soát hướng du hành cho dòng ánh sáng.

5- Phân chia các dòng : muốn cho mỗi dòng tiến tới đúng thiết bị vi xử lý mình, dòng bó lại phải được bẻ ra lại thành những màu sắc làm ra dòng . Muốn làm nhiệm vụ này linh kiện tháo đa lộ - demultiplexer hoạt động như thể một đa lộ , nhưng ngược lại .

6- Đến cổng : Vì lẽ các transistors trên các chips này vẫn dùng elcctrons để làm tính điện toán , áng sáng phải được chuyễn hóa lại thành một tín hiệu điện. Mỗi dòng ánh sáng sáng chói lên trên máy dò quang học , một linh kiện cảm quang làm bằng bằng bán dẫn germanium. Mỗi một quang tử lấy vào, germanium giải tỏa ra một electron. Như vật , một dòng thông tin mang theo nhịp ánh sáng tạo ra một tín hiệu đánh nhịp, mang theo cùng một thông tin đó.

7- Làm tính điện toán - computing : Tín hiệu , vẫn còn 1s và 0s làm mã số trong đó , du hành đến transistors . Chính trong transistor, lúc này thực sự máy mới làm tính điện toán .



( chiếu theo báo Khoa học Phổ thông - Popular Science tháng 4 năm 2011,. Irvine Ca li , ngày 18 /3/2011 )