ไมโคร LED นวัตกรรมบรรลุ 2.75 GHz แบนด์วิดธ์การปรับแสง ใช้พลังงานเพียง 25 มิลลิวัตต์

ไมโคร LED มีแนวโน้มที่จะให้วิธีการที่มีประสิทธิภาพด้านพลังงานมากขึ้นสำหรับศูนย์ข้อมูลในการส่งข้อมูลระหว่างระบบคอมพิวเตอร์ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ที่ออร์บานา-แชมเปญ และมหาวิทยาลัยโนเทรอดาม ได้พัฒนาไมโคร LED ที่มีประสิทธิภาพการสลับแสงที่ทำลายสถิติ อุปกรณ์นี้บรรลุแบนด์วิดธ์การปรับแสงที่ 2.75 GHz และใช้พลังงานเพียง 25 มิลลิวัตต์ ความสำเร็จนี้อาจช่วยลดความต้องการพลังงานในการสื่อสารแสงระยะสั้น ศูนย์ข้อมูลมีการพึ่งพาการเชื่อมต่อที่ใช้แสงมากขึ้นเพื่อส่งข้อมูลด้วยความเร็วสูง อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ส่งแสงแบบดั้งเดิมมักใช้เลเซอร์ ซึ่งใช้พลังงานมากและสร้างความร้อน

นักวิจัยเชื่อว่าการออกแบบของพวกเขาสามารถให้ทางเลือกที่มีประสิทธิภาพสำหรับการเชื่อมต่อเหล่านี้ ผลการวิจัยของพวกเขายังได้กำหนดแผนที่การพัฒนาในการออกแบบ LED ขนาดเล็กโดยไม่ลดทอนประสิทธิภาพ

การออกแบบและประสิทธิภาพของไมโคร LED

ทีมวิจัยมุ่งเน้นไปที่ LED แบบควอนตัมไนโตรเจน ซึ่งเป็นการออกแบบเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย พวกเขาได้ตรวจสอบว่าขนาดของอุปกรณ์มีผลต่อความเร็วในการสลับและการใช้พลังงานอย่างไร การทดลองครอบคลุมเส้นผ่านศูนย์กลางของไมโคร LED ตั้งแต่ 100 ไมครอนถึงเพียง 2 ไมครอน อย่างน่าประหลาดใจคือ อุปกรณ์ที่เล็กที่สุดไม่ได้ให้ประสิทธิภาพโดยรวมที่ดีที่สุด นักวิจัยระบุว่า 5 ไมครอนเป็นเส้นผ่านศูนย์กลางที่ดีที่สุดในการสร้างความสมดุลระหว่างแบนด์วิดธ์และการใช้พลังงาน อุปกรณ์ที่ได้รับการปรับแต่งสามารถบรรลุแบนด์วิดธ์การปรับแสงที่ 2.75 GHz การวัดนี้แสดงให้เห็นว่า LED ตอบสนองต่อสัญญาณไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็วในการเปลี่ยนแสงที่ส่งออก

เมื่อเกินความถี่นี้ สัญญาณแสงอาจสูญเสียความเข้มและไม่เหมาะสมสำหรับการส่งข้อมูลที่เชื่อถือได้ ผู้เขียนหลัก Abdelghany Abouelnagga กล่าวว่า ทีมงานได้ท้าทายสมมติฐานที่ว่าอุปกรณ์ขนาดเล็กมักจะทำงานได้ดีกว่า ผลการวิจัยของพวกเขาให้วิธีการที่เป็นระบบในการประเมินความสัมพันธ์ระหว่างขนาดอุปกรณ์ ความเร็วในการสลับ และความต้องการพลังงาน

การบรรลุผลลัพธ์เหล่านี้ยังต้องการการสร้างแบบจำลองเซมิคอนดักเตอร์อย่างละเอียด นักวิจัยได้ตรวจสอบข้อบกพร่องของวัสดุและลักษณะทางไฟฟ้าที่อาจก่อให้เกิดผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ ผลกระทบที่ไม่จำเป็นเหล่านี้อาจจำกัดประสิทธิภาพการสลับและลดประสิทธิภาพ ทีมงานใช้แบบจำลองเหล่านี้เพื่อชี้นำกระบวนการผลิตและปรับแต่งอุปกรณ์สุดท้าย ผลลัพธ์ของพวกเขาแสดงถึงการบันทึกแบนด์วิดธ์การปรับแสงใน LED แบบควอนตัมไนโตรเจน

ความสำคัญของการสื่อสารด้วยแสง

การสื่อสารด้วยแสงกลายเป็นสิ่งสำคัญมากขึ้นเมื่อศูนย์ข้อมูลต้องจัดการกับปริมาณข้อมูลที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง การเชื่อมต่อที่ใช้แสงสามารถส่งข้อมูลด้วยความถี่สูงโดยมีการสูญเสียสัญญาณที่ค่อนข้างน้อย เมื่อความเร็วในการส่งข้อมูลเพิ่มขึ้น การเชื่อมต่อด้วยทองแดงจะเผชิญกับข้อจำกัดที่มากขึ้น เลเซอร์ปัจจุบันครองการเชื่อมต่อด้วยแสงความเร็วสูงหลายแห่ง อย่างไรก็ตาม ความต้องการพลังงานของพวกเขาก่อให้เกิดความท้าทายเพิ่มเติมสำหรับสถานที่ที่ต้องจัดการกับการใช้พลังงานจำนวนมาก ความร้อนที่เกิดจากอุปกรณ์แสงยังเพิ่มความต้องการในการทำความเย็น Abouelnagga ชี้ให้เห็นว่าประมาณ 90% ของการสื่อสารในศูนย์ข้อมูลเกี่ยวข้องกับระยะทางที่น้อยกว่า 10 เมตร

การเชื่อมต่อเหล่านี้สามารถได้รับประโยชน์จากอุปกรณ์ส่งแสงที่ใช้พลังงานต่ำ ไมโคร LED ใหม่ใช้พลังงานเพียง 25 มิลลิวัตต์เมื่อตอบสนองต่อสัญญาณไฟฟ้าที่ความถี่กิโลเฮิร์ตซ์ รูปร่างขนาดเล็กของมันยังอาจสนับสนุนการจัดเรียงอุปกรณ์ส่งแสงอย่างหนาแน่น นักวิจัยจินตนาการว่าจะวางไมโคร LED หลายตัวในอาร์เรย์สองมิติ โดยแต่ละตัวสามารถส่งข้อมูลที่เป็นอิสระ ซึ่งอาจเพิ่มความจุในการสื่อสารภายในฮาร์ดแวร์ที่มีความกะทัดรัด

การศึกษานี้เผยแพร่ในวารสาร IEEE Electron Device Letters นักวิจัยจากรัฐอิลลินอยส์และมหาวิทยาลัยโนเทรอดามทำงานร่วมกันในโครงการนี้ผ่านภาควิชาวิศวกรรมของแต่ละแห่ง แม้ว่าผลิตภัณฑ์นี้ยังต้องการการพัฒนาต่อไป แต่ประสิทธิภาพของมันให้ทิศทางที่มีแนวโน้มสำหรับการเชื่อมต่อด้วยแสงระยะสั้น ไมโคร LED ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นอาจช่วยให้ศูนย์ข้อมูลเพิ่มความเร็วในการส่งข้อมูลได้ โดยไม่ต้องพึ่งพาเลเซอร์ที่ใช้พลังงานมาก

ผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นของไมโคร LED ต่อศูนย์ข้อมูล

เมื่อศูนย์ข้อมูลมีความต้องการการสื่อสารด้วยแสงที่มีประสิทธิภาพสูงเพิ่มขึ้น นวัตกรรมของไมโคร LED ได้ให้แนวทางใหม่ในการแก้ไขปัญหาการใช้พลังงาน แม้ว่าเลเซอร์แบบดั้งเดิมสามารถให้การส่งข้อมูลที่รวดเร็ว แต่การใช้พลังงานสูงและการสร้างความร้อนทำให้เกิดความท้าทายสำหรับศูนย์ข้อมูล คุณสมบัติการใช้พลังงานต่ำและการออกแบบขนาดเล็กของไมโคร LED ไม่เพียงแต่ช่วยลดการใช้พลังงาน แต่ยังสนับสนุนการจัดเรียงอุปกรณ์ส่งแสงที่หนาแน่นยิ่งขึ้น เพิ่มความจุในการสื่อสาร การพัฒนาของเทคโนโลยีนี้อาจกลายเป็นส่วนสำคัญในออกแบบศูนย์ข้อมูลในอนาคต ส่งเสริมอุตสาหกรรมไปสู่ทิศทางที่ยั่งยืนมากขึ้น