محققان از دانشگاه فلوریدا یک تکنیک جدید با استفاده از فناوری نیمه هادی برای تولید پردازنده هایی توسعه داده اند که کارایی انتقال حجم زیادی از داده ها را در سراسر جهان به میزان زیادی بهبود می بخشد. این نوآوری بر روی جلد فعلی مجله نشان داده شده است الکترونیک طبیعیآماده تغییر چشم انداز ارتباطات بی سیم در زمانی است که پیشرفت های هوش مصنوعی به طور چشمگیری تقاضا را افزایش می دهد.

به طور سنتی، ارتباطات بی‌سیم بر پردازنده‌های مسطح تکیه می‌کردند، که اگرچه کارآمد هستند، اما به دلیل ساختار دو بعدی خود برای کار در بخش محدودی از طیف الکترومغناطیسی محدود می‌شوند. رویکرد مهندسی UF از قدرت فن آوری نیمه هادی استفاده می کند تا ارتباطات بی سیم را به بعد جدیدی برساند – کاملاً تحت اللفظی.

محققان با موفقیت از پردازنده‌های مسطح به سه‌بعدی گذر کردند و عصر جدیدی از فشرده‌بودن و کارایی انتقال داده را آغاز کردند.

بهبود انتقال داده و برنامه

روزبه تبریزیان، دانشیار دپارتمان مهندسی برق و کامپیوتر UF که تیم او پردازنده سه بعدی را توسعه داده است، گفت که این یک لحظه مهم در تکامل ارتباطات بی سیم است زیرا جهان به طور فزاینده ای به اتصال یکپارچه و واقعی وابسته می شود. تبادل داده های زمانی

او گفت: «توانایی انتقال داده‌ها با کارآمدتر و مطمئن‌تر، درها را به روی فرصت‌های جدید باز می‌کند و به پیشرفت‌ها در زمینه‌هایی مانند شهرهای هوشمند، مراقبت‌های بهداشتی از راه دور و واقعیت افزوده دامن می‌زند.»

در حال حاضر، داده‌های تلفن‌های همراه و تبلت‌های ما به امواج الکترومغناطیسی تبدیل می‌شوند که بین میلیاردها کاربر به این سو و آن سو می‌روند. همانطور که طراحی بزرگراه و چراغ های راهنمایی جریان کارآمد ترافیک را در یک شهر تضمین می کند، فیلترها یا پردازنده های طیفی داده ها را در فرکانس های مختلف جابجا می کنند.

محدودیت های پردازنده های سنتی

تبریزیان گفت: زیرساخت های یک شهر فقط می تواند سطح معینی از ترافیک را مدیریت کند و اگر مدام حجم خودروها را افزایش دهید، مشکل دارید. ما شروع به دستیابی به حداکثر مقدار داده‌ای که می‌توانیم به طور مؤثر انتقال دهیم، هستیم. ساختار مسطح پردازنده ها دیگر کاربردی نیست، زیرا آنها ما را به محدوده بسیار محدودی از فرکانس ها محدود می کنند.

با ظهور هوش مصنوعی و دستگاه‌های خودمختار، افزایش تقاضا به چراغ‌های راهنمایی بیشتری به شکل فیلتر در فرکانس‌های مختلف برای انتقال داده‌ها به مکان مورد نظر نیاز دارد.

تبریزیان گفت: «آن را مانند چراغ‌هایی در جاده و هوا در نظر بگیرید. «به یک آشفتگی تبدیل می شود. تراشه ای که فقط برای یک فرکانس ساخته شده است دیگر معنی ندارد.

تبریزیان و همکارانش در کالج مهندسی هربرت ورتهایم از فناوری CMOS یا فرآیند تولید افزودنی فلز-اکسید-نیمه هادی برای ساخت تشدیدگر نانومکانیکی سه بعدی استفاده کردند.

تبریزیان گفت: با بهره گیری از نقاط قوت فناوری های نیمه هادی در یکپارچه سازی، مسیریابی و بسته بندی، می توانیم پردازنده های مختلف وابسته به فرکانس را روی یک تراشه ادغام کنیم. “این یک مزیت بزرگ است.”

پردازنده‌های سه‌بعدی فضای فیزیکی کمتری را اشغال می‌کنند در حالی که عملکرد بهتری را ارائه می‌دهند و مقیاس‌پذیری نامحدودی دارند، به این معنی که می‌توانند تقاضاهای رو به رشد را برآورده کنند.

دیوید آرنولد، معاون امور دانشکده در دپارتمان مهندسی برق و کامپیوتر گفت: «این نوع کاملاً جدید پردازنده طیفی که فرکانس‌های مختلف را در یک تراشه یکپارچه ادغام می‌کند، واقعاً یک تغییر دهنده بازی است. «رویکرد جدید دکتر تبریزیان برای چیپست‌های رادیویی چند بانده و انعطاف‌پذیر فرکانس نه تنها چالش بزرگ تولید را حل می‌کند، بلکه به طراحان اجازه می‌دهد تا استراتژی‌های ارتباطی کاملاً جدیدی را در دنیای بی‌سیم پرمشغله تصور کنند. به زبان ساده، دستگاه‌های بی‌سیم ما بهتر، سریع‌تر و ایمن‌تر کار خواهند کرد.»

مرجع: “زنجیره های رندر سه بعدی” توسط متیو پارکر، 20 فوریه 2024، الکترونیک طبیعی.
DOI: 10.1038/s41928-024-01131-1

تیم محققان شامل تبریزیان، فیصل حکیم، نیکلاس روداوسکی و تروی تارپ، کار بر روی این رویکرد جدید را برای پردازنده در سال 2019 آغاز کردند. آنها از آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی، یک آژانس وزارت دفاع ایالات متحده که برای پیشرفت سرمایه‌گذاری می‌کند، بودجه دریافت کردند. فناوری برای امنیت ملی