Оптичний комп'ютер: опис, принцип роботи, переваги

Опубликованно 26.02.2019 02:12

Корисність будь-якої технології вимірюється її актуальністю, тому розробка оптичних комп'ютерів стала однією з популярних тем сьогодні. Техніки і розробники всього світу намагаються досягти досконалості в нано-технологіях, тому невпинно проводять різні дослідження. Оптичні комп'ютери - одна з найпопулярніших тем. Всі переваги дозволяють упевнитися в їх необхідності вже сьогодні.

Такі технології можна зустріти і в сучасному світі, але їх зростання в майбутньому неминучий. Тому про оптичних технологіях піде мова далі. Опис технологій

На прикладі процесорів можна розібратися, навіщо потрібні оптичні комп'ютери. Коли прийде час того, що зменшувати техпроцес ЦП буде вже нікуди, закон Мура перестане бути корисним. На даний момент розробляється можливість альтернативної технології, яка полягає в заміні проводів на оптичне волокно, яке проводить світло.

Напівпровідникова система створення техніки трохи застаріває, оскільки підкоряється законам фізики, пов'язаних з електричним струмом. Саме впорядкований рух частинок змушує електрони рухатися в безперервному потоці, що призводить до втрати деякої кількості енергії, яка проявляється в тепловиділенні і електромагнітному випромінюванні.

На відміну від напівпровідників світло здатний передавати величезну кількість інформації і набагато швидше, а втрати будуть зведені до мінімуму. Для оптичних комп'ютерів це просто знахідка. Принцип роботи

Створити оптичні комп'ютери не складе особливих труднощів. Вони настануть під час тестування, так як ще змусити працювати оптичні волокна.

Створення оптичних комп'ютерів докорінно змінює саму концепцію програмування, яка заснована на послідовності нулів та одиниць. З іншого боку, процес передачі даних буде швидше, якщо використовувати не двійкову систему, а світлові імпульси.

На даний момент створення пристрою оптичного комп'ютера ще на стадії планування. А поки що буде налагоджуватися виробництво спільних технологій - світлових та аналогових. Визначення фотона

Після з'ясування того, як застосовується оптика, потрібно зрозуміти, що таке фотон. Фотон - це частинка, яка не має маси та існує виключно у вакуумі. Сам по собі фотон не володіє електричним зарядом, але за рахунок своєї стабільності здатний прискорити електричний заряд. Ось, що таке фотон.

Одне з його переваг - це швидкість поширення. Вона дуже висока і вона порівнянна зі швидкістю світла. Фотонні комп'ютери працюють за таким же принципом. Застосування технологій

Для виконання всіх необхідних процесів лазерні принтери, сканери, компакт-диски використовують світло. Оптичні технології здатні забезпечити високошвидкісне підключення до мереж, аналогові пристрої відстають, причому помітно.

Різні операції з лазерами застосовуються для того, щоб збільшити термін служби обладнання, покращуючи його міцність, пластичність і поверхню. Широко застосовується дана технологія в апаратах, які зчитують штрих-коди.

Світлові технології застосовуються і в області медицини. Наприклад, у приладах освітлення внутрішньої порожнини людини. Також волоконна оптика застосовується при швидкісний зйомці фільмів. Перевага оптики

Світло здатний передавати інформацію у великому обсязі і з неймовірною швидкістю. Але є маса інших переваг оптичних комп'ютерів, які будуть застосовуватись у майбутньому. Бути може, це станеться зовсім скоро.

Використання оптичних технологій дозволяє удосконалити будь-яку техніку, так як обладнання витрачає меншу кількість електроенергії. А також сприяє зменшенню тепловиділення.

У сучасних процесорах головну роль грає техпроцес, і чим тонше, тим вище продуктивність. На сучасних графічних процесорах зменшений техпроцес впливає на енергоспоживання. Але коли зменшення техпроцесу досягне своєї межі, інженери стануть шукати аналогічний спосіб збільшити продуктивність. Тому на зміну напівпровідників прийде оптична технологія. Над цим вже працюють багато дослідників.

Переваги оптичного комп'ютера полягають у тому, що інформація представлена у вигляді фотонів, згенерованих лазерами або діодами. Якщо використовувати фотони, то досягнення високошвидкісної передачі інформації забезпечено. Для використання додаткових можливостей, щоб забезпечувати введення і виведення даних, можна задіяти третій вимір.

Прозоре середовище - це ідеальне місце, де без витрат енергії можуть оброблятися дані, закодовані оптичним променем. За рахунок нульового випромінювання навколишнього середовища оптична система здатна забезпечити захист комп'ютера в разі спроби перехоплення інформації. Також оптична система володіє захистом від сторонніх електромагнітних наведень.

Кабелі оптичного волокна з кожним днем стають все дешевше, що робить його більш актуальним, ніж аналогічні аналогові. Доступні оптичні технології

Одне з нових відкриттів у світі оптики - це металева лінза. Створена плоска лінза, яка складається з відбілювача, фарби і кварцу, здатна в майбутньому повністю замінити скло. Причина застосування металевої лінзи полягає в тому, щоб повністю виключити спотворення при мікроскопічних дослідженнях. Справа в тому, що звичайне скло не здатне забезпечити максимальну чіткість в один шар. Тому дослідникам доводиться використовувати кілька шарів скляних лінз.

Така ж система використовується в об'єктивах фотоапаратів і відеокамер. Але за рахунок декількох лінз, які розташовуються на відстані один від одного, апаратура досягає великих розмірів.

Вченим Гарвардського університету вдалося створити плоску лінзу. Вона здатна повністю виключити дефекти зображення, так як в ній відсутня аберація. Прозорий кварц і діоксид титану стали головними складовими лінзи. Кварцова пластина розташувала на собі мільйони стовпців титану. Саме вони розрізають промінь світла на частини, забезпечуючи належну фокусування. Мікрочіпи на основі оптики

Зв'язок за допомогою світла є однією з основних альтернатив техніки майбутнього. Електричні дроти володіють одним істотним мінусом - обмеження швидкості передачі даних. До того ж на це потрібно чимало енергії, що тягне за собою перегрів.

Заміна звичайного дроту оптичним призведе до того, що дані будуть передаватися швидше. А також вони будуть використовувати паралельну передачу різними кольорами.

Вперше відчутний прогрес у бік оптичних технологій, був продемонстрований в 2015 році, коли дослідники описали рішення, яке призведе до подолання обмежень напівпровідників. В статті журналу Nature дослідники докладно описали принцип роботи мікропроцесора, надавши фотографії і давши йому назву "Зміна нуля".

Тим самим, застосовуючи кремнієву основу в мікросхемах, можна використовувати фотонику. Найпоширеніший приклад застосування фотоніки - це бездротове з'єднання 4G.

Саме мікрочіпи оптичного походження забезпечують таку високу швидкість передачі даних. Оптичне волокно в майбутньому

Так як вимоги до якості зв'язку зростають з кожним роком, її продуктивність повинна бути на належному рівні. Першим в черзі стоїть розгортання бездротової мережі 5G.

Так який обсяг доступних даних можна передавати по оптичному волокну? 40% планується виділити тільки на підключення до оптичних комп'ютерів. Решта 60% будуть споживатися користувачами смартфонів, планшетних комп'ютерів та іншими портативними пристроями. Це приблизна розпланування майбутнього підключення 5G.

Оптоволоконні кабелі здатні передавати інформацію до 100 Гбіт/с при використанні фотонної технології. Перешкода в обмеженнях

До 2020 року людству буде доступна швидкість передачі даних до 1000 Тбіт/с. Це робиться для того, щоб повністю відповідати вимогам широкої смуги. Але дана задача суттєво загальмовується, так як на сьогоднішній день не існує технологій, здатних подолати перешкоду. Більш гостро стоїть питання про можливість передачі інформації на далекі відстані.

На таке здатний лише кабель з оптичним волокном в одну жилу, у якого швидкість досягає майже 10 Тбіт/с. Але він здатний передати тільки один потік фотонного сигналу.

Багатомодові кабелі, які забезпечують проходження в паралелі декількох світлових сигналів, здатні працювати без спотворень тільки на обмеженій відстані в кілька метрів.

У гонці по оптимізації багатожильного кабелю японські інженери побили всі рекорди по швидкості, досягнувши межі в 43 Тбіт/с. В цьому кабелі функціонував лише один лазер. Висновок

Повністю оптичні комп'ютери - це мрія майбутнього, а поки що доступні лише технології в симбіозі, які ідеально поєднують в собі оптику і аналоги.

Аналогові технології істотно обмежені в своїх технічних можливостях, тому що працюють у безперервному потоці, тобто, практично безконтрольно. Це призводить до великих втрат сигналу і витрат електроенергії. Такі маніпуляції приводять до сильного нагрівання електроніки.

Застосування оптичних технологій стане проривом в області передачі даних. Плюс до всього, вартість техніки з такими можливостями не буде вище звичайного обладнання.

Зараз подібним прикладом служить наявність смартфонів, так як їх процесори і мікросхеми в них побудовані на симбіозі двох технологій, що дозволяють поєднувати малий розмір і "розумну" систему. Цілком можливо, незабаром ми забудемо про те, що таке напівпровідники, так як їх замінять оптичні пристрої. Автор: Юлія Легіна 7 Грудня, 2018

Категория: Техника