En grupp forskare i Japan har utvecklat en ny typ av processor känd som PAXEL, en enhet som potentiellt kan kringgå Moores lag och öka hastigheten och effektiviteten i beräkningen. PAXEL, som står för fotonisk accelerator, är placerad på framsidan av en digital dator och optimerad för att utföra specifika funktioner men med mindre strömförbrukning än vad som behövs för helt elektroniska enheter.

Metalloxid-halvledarfälteffekttransistorer är grunden för de flesta integrerade elektroniska kretsar, men de är begränsade av Moores lag, vilket säger att antalet mikroprocessorchips på en enda elektronisk krets kommer att fördubblas vartannat år. Det finns en inneboende gräns för detta, fastän, baserat på hur storleken på mikroprocessorchipsen relaterar till elektronernas kvantmekaniska natur.

Det är möjligt att delvis övervinna Moore's Law-problemet genom att använda parallell bearbetning, där flera processorer utför samtidiga beräkningar. Detta tillvägagångssätt fungerar inte för alla applikationer, dock.

I en tidning i APL fotonik , från AIP Publishing, forskarna tittade på en annan teknik för att använda ljus för datatransportsteget i integrerade kretsar, eftersom fotoner inte omfattas av Moores lag. Istället för integrerade elektroniska kretsar, mycket ny utveckling involverar nu fotoniska integrerade kretsar (PIC). PAXEL-acceleratorn använder detta tillvägagångssätt och använder energieffektiv nanofotonik, som är mycket små PICs.

Nanofotonik, som de som används i PAXEL, arbeta med ljusets hastighet och kan utföra beräkningar på ett analogt sätt, med data kartlagda på ljusintensitetsnivåer. Multiplikationer eller additioner utförs sedan genom att variera ljusintensiteten. Utredarna övervägde olika PAXEL-arkitekturer för en mängd olika användningsområden, inklusive artificiella neurala nätverk, reservoarberäkning, pass-gate logik, beslutsfattande och komprimerad avkänning.

En särskilt intressant tillämpning av PAXEL är i så kallad fog computing. Detta är som cloud computing men använder beräkningsresurser (servrar) nära "marken" där den ursprungliga händelsen inträffar. En kompakt PAXEL kopplad till en surfplatta eller annan handhållen enhet kan upptäcka signaler och överföra informationen via en trådlös 5G-länk till närliggande dimberäkningsresurser för dataanalys.

Tillämpningar av denna nya teknik förväntas inom ett brett spektrum av områden, inklusive medicinska och veterinära tester på vårdplatser, diagnostik, drog- och mattester, och bioförsvar. Eftersom fler av våra hushålls- och företagsenheter är anslutna via webben, bättre beräkningskapacitet, inklusive datatransport med högre energieffektivitet, kommer att behövas. Framsteg som PAXEL förväntas hjälpa till att möta dessa behov.