NanoLED nei PC per gestire 10 miliardi di bit al secondo

I NanoLED renderanno i nostri PC più efficienti e veloci. Un team di ricercatori della scuola d'ingegneria dell'Università di Stanford ha creato un diodo LED in nanoscala che consuma pochissimo e trasmette dati alla velocità di dieci miliardi di bit al secondo.

Questo significa che in futuro le comunicazioni tra diversi elementi di un computer, o parti di uno stesso chip (gestite da bus come  il QPI, il PCI Express, l'HyperTransport, etc), potranno avvenire a velocità mai viste prima, superiori a quelle dei sistemi ottici al vaglio di tutte le aziende e istituti di ricerca. In definitiva, addio colli di bottiglia!

Il dispositivo è stato ideato e realizzato da Jelena Vuckovic, professoressa associata d'ingegneria elettronica, e dal dottorando Gary Shambat. All'inizio di quest'anno la professoressa aveva realizzato un laser in nanoscala con le medesime proprietà, ma inadatto alla commercializzazione perché incapace di funzionare a temperature superiori a circa 65 gradi.

Un vettore con un singolo chip dotato di centinaia di NanoLED integrati - clicca per ingrandire

Il nuovo NanoLED opera invece a temperatura ambiente. "Le fonti di luce a basso consumo e controllate elettricamente saranno vitali per la prossima generazione di sistemi ottici, in modo da rispettare la crescente domanda energetica dell'industria dei computer", ha affermato la Vuckovic.

Il LED usato è di tipo "singolo modo", capace di emettere più o meno luce a una singola lunghezza d'onda, in modo simile a un laser. "Si pensava che solo i laser potessero comunicare ad alta velocità e bassissimo consumo", ha dichiarato Gary Shambat. "Il nostro LED nanofotonico può compiere le stesse operazioni di un laser, ma con molta meno energia".

All'interno del dispositivo sono state inserite piccole isole di arseniuro di indio che, raggiunte da un impulso elettrico, sono in grado di emettere luce. Questi "punti quantici" sono stati circondati da un cristallo fotonico - un insieme di piccole cavità ricavate in un semiconduttore.

Illustrazione del LED nanofotonico a singolo modo. Il cristallo fotonico può essere visto come il reticolo di cerchi scuri ricavati nel layer sottile del semiconduttore. I punti quantici di arseniuro di indio sono incorporati nel semiconduttore.

Il cristallo ha la funzione di specchio, in grado di far rimbalzare la luce verso il centro del dispositivo confinandola all'interno del LED e forzandola a risonare a una singola frequenza. "In altre parole", aggiunge Shambat, "diventa a singolo modo".

"Senza questi ingredienti nanofotonici - i punti quantici e il cristallo fotonico - è impossibile realizzare un LED efficiente, a singolo modo e veloce". A differenza dei sistemi attuali, composti da un laser e un modulatore esterno, il diodo realizzato dalla professoressa Vuckovic combina la trasmissione di luce e la modulazione in un singolo dispositivo, riducendo notevolmente il consumo energetico.

Il NanoLED è in grado di trasmettere dati, mediamente, a 0,25 femtojoule per bit. Un dispositivo laser richiede 500 femtojoule per trasmettere lo stesso bit. "Il nostro dispositivo è all'incirca duemila volte più efficiente rispetto alle migliori soluzioni odierne", ha concluso la professoressa Vuckovic.