L'illustration schématique met en évidence le fonctionnement du processeur spectral à ailettes à grille ferroélectrique dans lequel le signal agrégé (représenté par la lumière blanche) est décomposé en bandes constituantes à différentes fréquences (représentées par différentes couleurs d'électrodes). Crédit : Roozbeh Tabrizian
Des chercheurs de l'Université de Floride ont développé une nouvelle technique utilisant la technologie des semi-conducteurs pour produire des processeurs qui améliorent considérablement l'efficacité de la transmission de grands volumes de données dans le monde entier. L'innovation, présentée sur la couverture actuelle de la revue Électronique naturelleest sur le point de transformer le paysage des communications sans fil à une époque où les progrès de l’IA augmentent considérablement la demande.
Traditionnellement, la communication sans fil s'appuie sur des processeurs planaires qui, bien qu'efficaces, sont limités par leur structure bidimensionnelle à fonctionner dans une partie limitée du spectre électromagnétique. L’approche conçue par UF exploite la puissance de la technologie des semi-conducteurs pour propulser la communication sans fil dans une nouvelle dimension – littéralement.
Les chercheurs sont passés avec succès des processeurs planaires aux processeurs tridimensionnels, ouvrant la voie à une nouvelle ère de compacité et d’efficacité dans la transmission de données.
Transmission de données et applications améliorées
Roozbeh Tabrizian, Ph.D., professeur agrégé au Département de génie électrique et informatique de l'UF, dont l'équipe a développé le processeur tridimensionnel, a déclaré que cela marquait un moment charnière dans l'évolution de la communication sans fil alors que le monde dépend de plus en plus d'une connectivité transparente. et échange de données en temps réel.
« La capacité de transmettre des données de manière plus efficace et plus fiable ouvrira la porte à de nouvelles possibilités, alimentant les progrès dans des domaines tels que les villes intelligentes, les soins de santé à distance et la réalité augmentée », a-t-il déclaré.
L'illustration schématique met en évidence le fonctionnement du processeur spectral à ailettes à grille ferroélectrique dans lequel le signal agrégé (représenté par la lumière blanche) est décomposé en bandes constituantes à différentes fréquences (représentées par différentes couleurs d'électrodes). Crédit : Roozbeh Tabrizian
Actuellement, les données de nos téléphones portables et de nos tablettes sont converties en ondes électromagnétiques qui se propagent parmi des milliards d’utilisateurs. Tout comme la conception des autoroutes et les feux de circulation garantissent une circulation efficace dans une ville, des filtres ou des processeurs spectraux déplacent les données sur différentes fréquences.
Limites des processeurs traditionnels
« Les infrastructures d'une ville ne peuvent gérer qu'un certain niveau de trafic, et si vous continuez à augmenter le volume de voitures, vous avez un problème », a déclaré Tabrizian. « Nous commençons à atteindre la quantité maximale de données que nous pouvons déplacer efficacement. La structure planaire des processeurs n’est plus pratique car elle nous limite à une plage de fréquences très limitée.
Avec l’avènement de l’IA et des appareils autonomes, la demande accrue nécessitera beaucoup plus de feux de signalisation sous forme de filtres à de nombreuses fréquences différentes pour déplacer les données là où elles sont destinées.
« Pensez-y comme à des lumières sur la route et dans les airs », a déclaré Tabrizian. «Cela devient un désastre. Une seule puce fabriquée pour une seule fréquence n’a plus de sens. »
Tabrizian et ses collègues du Herbert Wertheim College of Engineering utilisent la technologie CMOS, ou processus de fabrication complémentaire métal-oxyde-semi-conducteur, pour construire le résonateur nanomécanique tridimensionnel.
« En exploitant les atouts des technologies des semi-conducteurs en matière d'intégration, de routage et de packaging, nous pouvons intégrer différents processeurs dépendant de la fréquence sur la même puce », a déclaré Tabrizian. « C'est un énorme avantage. »
Les processeurs tridimensionnels occupent moins d'espace physique tout en offrant des performances améliorées et une évolutivité indéfinie, ce qui signifie qu'ils peuvent répondre à des demandes croissantes.
« Ce tout nouveau type de processeur spectral, qui intègre différentes fréquences sur une seule puce monolithique, change véritablement la donne », a déclaré David Arnold, directeur associé des affaires professorales au Département de génie électrique et informatique. « Dr. La nouvelle approche de Tabrizian en matière de chipsets radio multibandes et agiles en fréquence résout non seulement un énorme défi de fabrication, mais elle permet également aux concepteurs d'imaginer des stratégies de communication entièrement nouvelles dans un monde sans fil de plus en plus encombré. En termes plus simples, nos appareils sans fil fonctionneront mieux, plus rapidement et de manière plus sécurisée.
L'équipe de chercheurs, composée de Tabrizian, Faysal Hakim, Nicholas Rudawski et Troy Tharpe, a commencé à travailler sur cette nouvelle approche du processeur en 2019. Ils ont reçu un financement de la Defense Advanced Research Projects Agency, une agence du ministère américain de la Défense qui investit dans technologies de pointe pour la sécurité nationale.
