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Una scoperta rivoluzionaria nel campo dell'informatica potrebbe presto cambiare il modo in cui i computer elaborano e memorizzano i dati. Un team congiunto di ricercatori dell'Università della California del Sud (USC) e dell'Università del Wisconsin-Madison (UW-Madison) ha annunciato la creazione di un analogo fotonico della cella SRAM, un traguardo che promette di superare i limiti delle tecnologie attuali.
Il dispositivo, un vero e proprio trigger fotonico, rappresenta una svolta perché è in grado di operare senza la necessità di una frequente rigenerazione della cella, mantenendo intatti i dati memorizzati. Questo risultato, apparentemente semplice, risolve due delle principali sfide che affliggono l'industria dei semiconduttori: l'elevato consumo energetico e i crescenti ritardi nei conduttori all'interno dei chip, problemi che si acuiscono con la miniaturizzazione dei processi produttivi.
I trigger fotonici sviluppati fino ad oggi, infatti, richiedevano una rigenerazione dei dati talmente frequente da annullare i vantaggi derivanti dall'utilizzo dell'ottica. La riduzione del consumo energetico è diventata una priorità assoluta nello sviluppo di nuove piattaforme di calcolo, e la creazione di un trigger stabile, in grado di mantenere il suo stato senza deriva, si è rivelata una sfida complessa, ma cruciale. Eliminare la conversione del segnale in elettrico per la memorizzazione dello stato riduce drasticamente il consumo energetico dei chip. Inoltre, il percorso che il segnale elettrico deve compiere all'interno del chip contribuisce significativamente al dispendio energetico. Sostituire i conduttori in rame con fotoni che viaggiano lungo lo stesso percorso promette un'efficienza energetica notevolmente superiore.
Le specifiche tecniche del prototipo sono impressionanti, anche se alcuni dati sono stati ottenuti tramite modellazione digitale: la velocità di scrittura raggiunge i 20 GHz, mentre la velocità di lettura simulata si attesta tra i 50 e i 60 GHz. Questi valori sono circa 20 volte superiori ai 2-3 GHz tipici di una cella SRAM presente nella cache dei processori moderni. Dal punto di vista fisico, il trigger sfrutta due micro-risonatori ad anello collegati con feedback positivo, garantendo la bistabilità degli stati (0 o 1) senza deriva. Lo stato viene mantenuto per oltre un secondo a temperatura ambiente, in un intervallo compreso tra -10 e +90 °C, senza necessità di aggiornamento.
Un aspetto particolarmente significativo è che il prototipo è stato realizzato nello stabilimento di GlobalFoundries su una piastra da 300 mm, utilizzando la piattaforma fotonica standard Fotonix del produttore. Questo dimostra che l'elemento fotonico può essere già prodotto e integrato in un processore fotonico, qualora quest'ultimo venisse sviluppato. Tuttavia, rimangono delle sfide da affrontare, soprattutto per quanto riguarda la scalabilità. Il trigger fotonico, ovvero la cella SRAM fotonica, occupa una superficie ampia e non può essere utilizzato come elemento della cache del processore. Si tratta di una sfida per il futuro, ma nel frattempo questi trigger ottici potrebbero trovare impiego nelle dorsali ottiche di comunicazione, dove i vantaggi in termini di prestazioni potrebbero essere sfruttati rapidamente, nonostante le dimensioni del dispositivo.
Questa innovazione rappresenta un passo avanti significativo verso un futuro in cui l'informatica sarà più veloce, efficiente e sostenibile. La ricerca continua e, con ogni probabilità, vedremo ulteriori sviluppi in questo campo nei prossimi anni, avvicinandoci sempre di più alla realizzazione di computer completamente fotonici.
