أدى التطور السريع للذكاء الاصطناعي التوليدي ونماذج الذكاء الاصطناعي واسعة النطاق إلى زيادة القدرة الحاسوبية لمراكز البيانات والخوادم. وتواجه أشباه الموصلات التقليدية صعوبة في مواكبة هذا التطور نظرًا لاستهلاكها كميات كبيرة من الطاقة ومحدودية سرعة نقل البيانات.
وقد أدت هذه التحديات إلى زيادة الاهتمام بالحوسبة الضوئية، وهو مجال يستخدم الضوء بدلاً من الإشارات الكهربائية لمعالجة المعلومات. تتمتع الأنظمة الضوئية بإمكانية نقل البيانات بسرعات فائقة مع استهلاك طاقة أقل.
ومع ذلك، يمثل الضوء تحدياً كبيراً أيضاً. فنظراً لأنه ينتقل بسرعة ثابتة في الطبيعة، فمن الصعب جداً إبطاء الإشارات الضوئية أو تثبيتها مؤقتاً في موضع محدد.
ولحل هذه المشكلة، قام الباحثون بتصميم دائرة بصرية قابلة للبرمجة قادرة على التحكم في كل من سرعة وشكل الإشارة البصرية.
لماذا تحتاج الإشارات إلى الانتظار؟
في مراكز البيانات وشبكات الاتصالات الضوئية وأنظمة الحوسبة المستقبلية، لا يمثل نقل الإشارات السريع سوى جزء من التحدي.
يجب أن تضمن الأنظمة أيضاً وصول الإشارات المختلفة في الوقت المناسب. ولهذا السبب نرى المسارات المتعرجة في الدوائر الإلكترونية المنزلية.
الهدف هو ضمان أن تكون أسلاك التوصيل النحاسية ذات طول مقبول ومتقارب حتى لا تتعرض الإشارة الواردة لتشوه كبير. مع ذلك، هذا ينطبق على أجهزة الإرسال الإلكترونية؛ أما الإرسال الضوئي فهو أكثر صعوبة بكثير.
قد يعجبك أيضاً
إن إبطاء إشارة ضوئية ليس بالأمر الصعب للغاية، لكن الطرق الحالية تُحدث تأثير كبح ثابت. إحدى طرق إحداث هذا التأخير تعتمد على ظاهرة شفافية الرنين المقترن (CRIT)، مستفيدةً من التداخل بين عدة رنانات ضوئية.
تسمح تقنية CRT (المقاوم الخلوي) بمرور الضوء ضمن نطاق تردد محدد عبر الجهاز مع تقليل سرعة نقل الإشارة الضوئية في الوقت نفسه. تعمل تقنية CRT على احتجاز الضوء وتدويره بتردد محدد لفترات قصيرة على شريحة سيليكون.
ومع ذلك، فإن أجهزة CRIT التقليدية عادة ما يكون لها خصائص تشغيلية تظل دون تغيير بعد تصنيعها.
يسمح التصميم بالتحكم القابل للبرمجة في الإضاءة.
طوّر فريق البحث استراتيجية مختلفة من خلال التعامل مع حالتي الضوء في نظام CRIT، والمعروفتين بالنمط الضوئي والنمط المظلم، كدرجة حرية موحدة. كما أضاف الباحثون موصلين حلقيين قابلين للتحكم.
أدت هذه التغييرات إلى ظهور مبدأ تصميم جديد للدوائر الضوئية المتكاملة القابلة للبرمجة.
باستخدام بنية CRIT المبتكرة، أثبت الباحثون إمكانية تأخير حركة الضوء والتحكم بها حسب الطلب. كما أثبتوا إمكانية معالجة التداخل بين نمطي الضوء والظلام كمعامل تصميم متكامل واحد.
تقدم هذه الدراسة منصة ضوئية قابلة للبرمجة قادرة على التحكم في كل من الخصائص الزمنية والترددية لإشارات الضوء في الوقت الحقيقي.
يمكن لهذا التصميم التغلب على قيود أجهزة التأخير البصري التقليدية، والتي عادةً ما تؤدي وظائف ثابتة فقط بما في ذلك مزامنة الإشارة، ومسارات التأخير القابلة للتعديل، والتخزين المؤقت البصري، وتحويل التردد.
يعتقد الباحثون أن هذه الطريقة يمكن تطبيقها على مجموعة واسعة من الدوائر البصرية القائمة على الرنانات، مما قد يمهد الطريق لتقنيات معالجة الإشارات البصرية الأكثر مرونة.
إذا تم تسويق هذه التقنية، فإن شريحة بصرية قابلة للبرمجة واحدة يمكن أن تؤدي مهام متعددة، بما في ذلك التحكم في سرعة الإشارة والتبديل بين الوظائف المختلفة.
يمكن أن تساعد هذه المرونة مراكز البيانات وخوادم الذكاء الاصطناعي على معالجة المعلومات بكفاءة أكبر مع تقليل استهلاك الطاقة.
على المدى الطويل، يمكن لهذه التقنية أن تدعم الصناعات التي تعتمد على معالجة المعلومات فائقة السرعة، بما في ذلك القيادة الذاتية، واتصالات الجيل التالي، وتكنولوجيا الكم.
المصدر: