Нанолазер може скоротити енергоспоживання комп’ютерів удвічі — але до чипів із ним ще 5–10 років

Фізики з Технічного університету Данії (DTU) розробили надкомпактний напівпровідниковий нанолазер, здатний стабільно випромінювати світло в безперервному режимі за кімнатної температури. Розробники розраховують, що розміщення тисяч таких випромінювачів на кремнієвих кристалах дасть змогу замінити мідні провідники всередині процесорів оптичними хвилеводами й скоротити енергоспоживання обчислювальних систем майже вдвічі.

Діелектрична пастка й відмова від металу

Сучасна напівпровідникова індустрія підійшла впритул до фізичної межі тепловиділення: якщо між серверами дані передаються швидкісним оптоволокном, то всередині самих чипів електрони досі рухаються мікроскопічними металевими доріжками, виділяючи колосальний обсяг паразитного тепла.

Спробою подолати цей бар’єр стали оптичні міжз’єднання, однак мініатюрні джерела світла досі страждали від перегріву та потребували глибокого охолодження. У статті, опублікованій у журналі Science Advances, дослідники описали рішення цієї проблеми завдяки діелектричній нанопорожнині.

Данські фізики відмовилися від металевих плазмонних ґрат, які спричиняли сильні омічні втрати, і сконцентрували світловий потік усередині крихітного напівпровідникового містка. Така геометрія дала змогу досягти стабільної генерації фотонів за звичайних температур із мінімальним порогом збудження.

Оптичне накачування та реальні терміни комерціалізації

Вірусні публікації про те, ніби готовий лазер «уже зменшив апетити комп’ютерів удвічі», видають теорію за факт. У повідомленні Технічного університету Данії наголошується: 50% економії — це математична модель майбутньої чіплетної архітектури, а не вимірювання на реальній материнській платі.

На шляху до комерційних процесорів залишається фундаментальна перешкода: поточний лабораторний зразок активується зовнішнім джерелом світла, а не електричним струмом. Щоб нанолазери запрацювали на стандартних платах, науковцям необхідно реалізувати пряме електричне накачування через контактні доріжки.

Як випливає з матеріалів наукової групи в DTU Orbit, розв’язання інженерних завдань триватиме від п’яти до десяти років. Якщо дослідникам вдасться поєднати діелектричний нанолазер із традиційними літографічними лініями, технологія знадобиться не лише в суперкомп’ютерах і дата-центрах для ШІ, а й у компактних медичних біосенсорах, де щільний пучок світла дає змогу виявляти молекулярні маркери хвороб на ранніх стадіях.