האיור הסכמטי מדגיש את פעולתו של מעבד ספקטרלי-שער פרו-אלקטרי שבו האות המצטבר (מתואר על ידי האור הלבן) מפורק לרצועות מרכיבים בתדרים שונים (מתוארים בצבעי אלקטרודה שונים). קרדיט: Roozbeh Tabrizian
חוקרים מאוניברסיטת פלורידה פיתחו טכניקה חדשה המשתמשת בטכנולוגיית מוליכים למחצה לייצור מעבדים המשפרים מאוד את היעילות של העברת כמויות גדולות של נתונים ברחבי העולם. החידוש, המופיע בשער הנוכחי של כתב העת טבע אלקטרוניקהמוכן לשנות את נוף התקשורת האלחוטית בתקופה שבה התקדמות ב-AI מגדילה באופן דרמטי את הביקוש.
באופן מסורתי, תקשורת אלחוטית הסתמכה על מעבדים מישוריים, שאמנם יעילים, אך מוגבלים על ידי המבנה הדו-ממדי שלהם לפעול בתוך חלק מוגבל של הספקטרום האלקטרומגנטי. הגישה שתוכננה UF ממנפת את הכוח של טכנולוגיית מוליכים למחצה כדי להניע תקשורת אלחוטית למימד חדש – פשוטו כמשמעו.
חוקרים עברו בהצלחה ממעבדים מישוריים לתלת מימדיים, והובילו עידן חדש של קומפקטיות ויעילות בהעברת נתונים.
העברת נתונים ויישומים משופרים
Roozbeh Tabrizian, Ph.D., פרופסור חבר במחלקה להנדסת חשמל ומחשבים ב-UF, שהצוות שלו פיתח את המעבד התלת מימדי, אמר שזה מסמל רגע מרכזי באבולוציה של תקשורת אלחוטית כשהעולם הופך יותר ויותר להסתמך על קישוריות חלקה וחילופי נתונים בזמן אמת.
"היכולת להעביר נתונים בצורה יעילה ואמינה יותר תפתח דלתות לאפשרויות חדשות, ותעודד התקדמות בתחומים כמו ערים חכמות, שירותי בריאות מרוחקים ומציאות מוגברת", אמר.
האיור הסכמטי מדגיש את פעולתו של מעבד ספקטרלי-שער פרו-אלקטרי שבו האות המצטבר (מתואר על ידי האור הלבן) מפורק לרצועות מרכיבים בתדרים שונים (מתוארים בצבעי אלקטרודה שונים). קרדיט: Roozbeh Tabrizian
נכון לעכשיו, הנתונים בטלפונים הסלולריים ובטאבלטים שלנו מומרים לגלים אלקטרומגנטיים שמתפשטים הלוך ושוב בין מיליארדי משתמשים. בדומה לתכנון הכביש המהיר ורמזור מבטיחים שתנועה זורמת ביעילות דרך עיר, מסננים או מעבדים ספקטרליים, מעבירים את הנתונים על פני תדרים שונים.
מגבלות של מעבדים מסורתיים
"תשתית של עיר יכולה להתמודד רק עם רמה מסוימת של תנועה, ואם אתה ממשיך להגדיל את נפח המכוניות, יש לך בעיה", אמר טבריזיאן. "אנחנו מתחילים להגיע לכמות המקסימלית של נתונים שאנחנו יכולים להעביר ביעילות. המבנה המישורי של המעבדים כבר לא מעשי מכיוון שהם מגבילים אותנו לטווח מוגבל מאוד של תדרים."
עם הופעת הבינה המלאכותית והמכשירים האוטונומיים, הביקוש המוגבר ידרוש הרבה יותר רמזורים בצורה של מסננים בתדרים רבים ושונים כדי להעביר את הנתונים למקום שבו הם מיועדים.
"תחשוב על זה כמו אורות על הכביש ובאוויר," אמר טבריזיאן. "זה הופך לבלגן. שבב אחד המיוצר רק עבור תדר אחד כבר לא הגיוני".
טבריזיאן ועמיתיו במכללת הרברט ורטהיים להנדסה משתמשים בטכנולוגיית CMOS, או תהליך ייצור משלים של מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה, כדי לבנות את המהוד הננו-מכני התלת-מימדי.
"על ידי ניצול החוזקות של טכנולוגיות מוליכים למחצה באינטגרציה, ניתוב ואריזה, נוכל לשלב מעבדים שונים תלויי תדר על אותו שבב", אמר טבריזיאן. "זה יתרון עצום."
המעבדים התלת מימדיים תופסים פחות מקום פיזי תוך שהם מספקים ביצועים משופרים ובעלי יכולת מדרגיות בלתי מוגבלת, כלומר הם יכולים לעמוד בדרישות הולכות וגדלות.
"הסוג החדש לגמרי הזה של מעבד ספקטרלי, המשלב תדרים שונים בשבב מונוליטי אחד, הוא באמת משנה משחק", אמר דיוויד ארנולד, יו"ר עמית לענייני סגל במחלקה להנדסת חשמל ומחשבים. "ד"ר. הגישה החדשה של Tabrizian עבור ערכות שבבי רדיו מרובות פס וזריזות תדרים לא רק פותרת אתגר ייצור עצום, אלא היא גם מאפשרת למעצבים לדמיין אסטרטגיות תקשורת חדשות לגמרי בעולם אלחוטי יותר ויותר עמוס. במילים פשוטות יותר, המכשירים האלחוטיים שלנו יעבדו טוב יותר, מהיר יותר ובטוח יותר".
צוות החוקרים, שכלל את טבריזיאן, פייסל חכים, ניקולס רודבסקי וטרוי ת'ארפ, החל לעבוד על גישה חדשה זו למעבד בשנת 2019. הם קיבלו מימון מהסוכנות לפרויקטים מתקדמים למחקר של Defence, סוכנות של משרד ההגנה האמריקאי שמשקיעה ב- טכנולוגיות פורצות דרך לביטחון לאומי.
