S rozvojem výpočetní techniky jsme přešli od velkých jednočipových procesorů k systémům složeným z menších specializovaných čipů, tzv. „čipletů“. Tyto čipy spolupracují, aby zvýšily výpočetní výkon a efektivitu.
Tento přechod je pro současné technologie zcela zásadní, protože vědci již dosáhli fyzikálních limitů počtu tranzistorů, které se vejdou na jeden čip. Se zmenšováním tranzistorů se zhoršují i problémy, jako je přehřívání a energetická neefektivita.] Použití více čipletů v jednom systému může zvýšit výpočetní výkon, aniž by se muselo potýkat s těmito fyzikálními omezeními.
Čína vyřešila problém s komunikaci mezi čipy
Komunikace v rámci čipu je tradičně řízena systémem zvaným Network-on-Chip (NoC), který funguje jako datová dálnice. Tato metoda se stává neefektivní, jak se systémy stávají složitějšími, zejména s více čiplety. Data musí cestovat dál přes více bodů sítě, což zpomaluje komunikaci a zvyšuje spotřebu energie.
Čínští vědci se v nedávné výzkumné práci zaměřili na rozšíření NoC přístupu na různé čiplety, čímž vytvořili síť nazvanou Network-in-Package (NiP). I tak však museli řešit stejné problémy jako u NoC, tedy zpoždění, energetickou neefektivitu či omezenou škálovatelnost, protože při přenosu dat stále převažují kabelová připojení. Klíčem k úspěchu tak byla bezdrátová komunikace již na úrovni čipů. Místo spoléhání se na dráty by tak jednotky mohly komunikovat bezdrátově pomocí malých antén.
Terahertzové (THz) frekvence, elektromagnetické vlny mezi infračerveným a mikrovlnným zářením, nabízejí vysokorychlostní přenos dat, což je pro tuto aplikaci ideální. THz signály jsou však velmi citlivé na šum, což narušuje komunikaci a ztěžuje dekódování přenášených dat.
Klíčem k průlomovém objevu bylo Floquetovo inženýrství
Čínský výzkum řeší tento problém pomocí tzv. Floquetova inženýrství, což je technika z kvantové fyziky, která pomáhá řídit chování elektronů v materiálu při vystavení vysokofrekvenčním signálům. Díky této technice je systém citlivější na určité frekvence, což zlepšuje detekci a dekódování THz bezdrátových signálů, a to i v hlučných podmínkách.
Čínští výzkumníci tak tuto metodu aplikovali na dvourozměrnou polovodičovou kvantovou jamku (2DSQW), velmi tenkou vrstvu polovodičového materiálu, která omezuje pohyb elektronů na dva rozměry. Toto uspořádání zvyšuje schopnost systému detekovat THz signály, a to i při vysokém rušení šumem.
Simulace ukázaly, že systém snižuje chybovost ve srovnání s tradičními systémy s jedním přijímačem a zajišťuje spolehlivou komunikaci v rušném prostředí, což je kritický požadavek pro bezdrátovou komunikaci v čipovém měřítku. Díky překonání problémů spojených s šumem a degradací signálu představuje čínská technika duální signalizace klíčový pokrok ve vývoji vysokorychlostní bezdrátové komunikace pro čipy odolné vůči šumu. Tato inovace Peking přibližuje k vytvoření efektivnějších, škálovatelných a přizpůsobitelných výpočetních systémů pro technologie budoucnosti.