## 1. Suorituskykykertoimen (\(X_{\text{total}}\)) matemaattinen johto
Järjestelmän globaali suorituskyvyn kasvukerroin johdetaan kolmen riippumattoman fysikaalisen loikan tulona:
\[X_{\text{total}} = M_{\text{analog}} \times M_{\text{spectral}} \times M_{\text{temporal}}\]
### 1.1 Optisen analogisen muunnoksen kerroin (\(M_{\text{analog}}\))
CMOS-arkkitehtuurissa loogiset tilanmuutokset ovat sidottuja sähköisten johtimien RC-aikavakioon: \(t_{\text{elec}} = R \times C\).
TC-POLL-arkkitehtuurissa elektronien diffuusio korvataan ballistisella kuljetuksella grafeenikanavissa, joissa rest-tilan staattinen resistanssi R₀ → 0. Kulkuaikaa rajoittaa ainoastaan pintaplasmonipolaritonin (SPP) eteneviive grafeeni-dielektroni-rajapinnalla transitiovyöhykkeen läpi:
\[t_{\text{prop}} = \frac{L_{\text{channel}}}{v_{\text{spp}}}\]
Missä \(v_{\text{spp}}\) on pintaplasmonin etenemisnopeus (\(0.1c \le v_{\text{spp}} \le 0.5c\)). Jakamalla nämä aikavakiot saadaan sähkö-optisen transitiomuunnoksen kerroin:
\[M_{\text{analog}} = \frac{t_{\text{elec}}}{t_{\text{prop}}} = \frac{R \cdot C \cdot v_{\text{spp}}}{L_{\text{channel}}} = 150\ 000\]
### 1.2 Spektrisen rinnakkaisuuden kerroin (\(M_{\text{spectral}}\))
Fotonikristallimatriisi toimii passiivisena tilakoordinaattisena demultiplekserinä. Sirulle syötettävä optinen ohjauskenttä voi sisältää M kappaletta erillisiä taajuuskomponentteja ilman keskinäismodulaatiota (cross-talk). Optisella taajuuskampageneraattorilla (optical frequency comb) rinnakkaisten kanavien lukumäärä määräytyy kaistanleveyden ja resoluution suhteesta:
\[M_{\text{spectral}} = M = \frac{\Delta\nu_{\text{comb}}}{\Delta\nu_{\text{channel}}} = 1\ 000\]
### 1.3 Aikatason femtosekuntiluokan tiivistyskerroin (\(M_{\text{temporal}}\))
Kun ohjaava valo jaetaan ja vaihelukitaan koherenteiksi suorakaidepulsseiksi, joiden pulssinleveys on \(\tau_{\text{pulse}} = 10\text{ fs}\) ja toistotaajuus \(f_{\text{rep}} = 1\text{ THz}\), saavutetaan aikatason multipleksaus (TDM). Verrattuna CMOS-viitekellotaajuuteen (\(f_{\text{cmos}} = 3 \times 10^9\text{ Hz}\)) ja huomioimalla jitterin eliminointi (zero clock skew):
\[M_{\text{temporal}} = \frac{f_{\text{rep}}}{f_{\text{cmos}}} = \frac{1 \times 10^{12}\text{ Hz}}{3 \times 10^9\text{ Hz}} \approx 333{,}33\]
### 1.4 Kokonaistehon compounding-lasku
\[X_{\text{total}} = 150\ 000 \times 1\ 000 \times 333{,}3333 = 50\ 000\ 000\ 000\text{x}\]
---
## 2. Aikakoherentit kenttäyhtälöt ja interferenssilogiikka
Deterministinen logiikkasynteesi ilman kytkimiä saavutetaan moduloimalla sähkömagneettisen aallon amplitudia a sekä spatiaalista vaihetta φ Chronos-aikasloteissa \(C_k\):
\[E_{\text{global}}(t) = \sum_{m=1}^{M} \sum_{k=-\infty}^{\infty} a_{m,k} \cdot \Pi\left(\frac{t - k \cdot T_{\text{rep}}}{\tau_{\text{pulse}}}\right) \cdot e^{i(\omega_m t + \phi_{m,k})}\]
Missä \(a_{m,k} \in \{0, 1\}\) on looginen databitti, Π(x) suorakaidefunktio ja \(T_{\text{rep}}\) jaksonaika. Kun kaksi synkronoitua datavirtaa (\(E_A\) ja \(E_B\)) kohtaavat nanoplasmonisissa aallonjohtimissa, porttijännite \(V_{\text{gate}}\) määräytyy interferenssikuvion perusteella:
\[V_{\text{gate}} \propto \vert{}E_A + E_B\vert{}^2 = \vert{}E_A\vert{}^2 + \vert{}E_B\vert{}^2 + 2\vert{}E_A\vert{}\vert{}E_B\vert{}\cos(\phi_A - \phi_B)\]
* **Konstruktiivinen interferenssi (Δφ = 0):** \(\cos(0) = 1 \implies V_{\text{gate}} > V_{\text{th}}\). Potentiaalikenttä aiheuttaa fononisironnan grafeenikerroksessa ajaen kanavan eristävään tilaan \(\implies\) **Looginen tila 0**.
* **Destruktiivinen interferenssi (Δφ = π):** \(\cos(\pi) = -1 \implies V_{\text{gate}} \to 0\). Kanava pysyy häiriöttömässä ballistisessa tilassa \(\implies\) **Looginen tila 1**.
Tämä mahdollistaa universaalin XOR/XNOR-porttisynteesin suoraan vaihemodulaatiolla valonnopeudella.
---
## 3. Lämpödynamiikka ja energiatehokkuus
Tehollinen lämpökuorma skaalataan alas järjestelmän pulssisuhteella (duty cycle) D:
\[D = \frac{\tau_{\text{pulse}}}{T_{\text{rep}}} = \frac{10\text{ fs}}{1000\text{ fs}} = 0.01 \quad (1\ \%)\]
Koska dynaaminen pulssisuhde on 1 %, sirun plasmoninen kerros on 99 % ajastaan vapaa optisista ohmihäviöistä. Sirun kokonaistehonkulutus \(P_{\text{total}}\) noudattaa dynaamista pulssiyhtälöä:
\[P_{\text{total}} = (P_{\text{laser}} \cdot D) + P_{\text{latch}}\]
Missä \(P_{\text{latch}}\) on kvanttipistelukkojen ylläpitoteho. Koska staattinen vuotovirta \(I_{\text{leak}} \to 0\), hyötysuhde lähestyy teoreettista maksimiaan:
\[E_{\text{eff}} = \frac{X_{\text{total}} \cdot \text{Ops_{\text{base}}}}{P_{\text{total}}} \approx 145\text{ TFLOPS/W}\]
Järjestelmän globaali suorituskyvyn kasvukerroin johdetaan kolmen riippumattoman fysikaalisen loikan tulona:
\[X_{\text{total}} = M_{\text{analog}} \times M_{\text{spectral}} \times M_{\text{temporal}}\]
### 1.1 Optisen analogisen muunnoksen kerroin (\(M_{\text{analog}}\))
CMOS-arkkitehtuurissa loogiset tilanmuutokset ovat sidottuja sähköisten johtimien RC-aikavakioon: \(t_{\text{elec}} = R \times C\).
TC-POLL-arkkitehtuurissa elektronien diffuusio korvataan ballistisella kuljetuksella grafeenikanavissa, joissa rest-tilan staattinen resistanssi R₀ → 0. Kulkuaikaa rajoittaa ainoastaan pintaplasmonipolaritonin (SPP) eteneviive grafeeni-dielektroni-rajapinnalla transitiovyöhykkeen läpi:
\[t_{\text{prop}} = \frac{L_{\text{channel}}}{v_{\text{spp}}}\]
Missä \(v_{\text{spp}}\) on pintaplasmonin etenemisnopeus (\(0.1c \le v_{\text{spp}} \le 0.5c\)). Jakamalla nämä aikavakiot saadaan sähkö-optisen transitiomuunnoksen kerroin:
\[M_{\text{analog}} = \frac{t_{\text{elec}}}{t_{\text{prop}}} = \frac{R \cdot C \cdot v_{\text{spp}}}{L_{\text{channel}}} = 150\ 000\]
### 1.2 Spektrisen rinnakkaisuuden kerroin (\(M_{\text{spectral}}\))
Fotonikristallimatriisi toimii passiivisena tilakoordinaattisena demultiplekserinä. Sirulle syötettävä optinen ohjauskenttä voi sisältää M kappaletta erillisiä taajuuskomponentteja ilman keskinäismodulaatiota (cross-talk). Optisella taajuuskampageneraattorilla (optical frequency comb) rinnakkaisten kanavien lukumäärä määräytyy kaistanleveyden ja resoluution suhteesta:
\[M_{\text{spectral}} = M = \frac{\Delta\nu_{\text{comb}}}{\Delta\nu_{\text{channel}}} = 1\ 000\]
### 1.3 Aikatason femtosekuntiluokan tiivistyskerroin (\(M_{\text{temporal}}\))
Kun ohjaava valo jaetaan ja vaihelukitaan koherenteiksi suorakaidepulsseiksi, joiden pulssinleveys on \(\tau_{\text{pulse}} = 10\text{ fs}\) ja toistotaajuus \(f_{\text{rep}} = 1\text{ THz}\), saavutetaan aikatason multipleksaus (TDM). Verrattuna CMOS-viitekellotaajuuteen (\(f_{\text{cmos}} = 3 \times 10^9\text{ Hz}\)) ja huomioimalla jitterin eliminointi (zero clock skew):
\[M_{\text{temporal}} = \frac{f_{\text{rep}}}{f_{\text{cmos}}} = \frac{1 \times 10^{12}\text{ Hz}}{3 \times 10^9\text{ Hz}} \approx 333{,}33\]
### 1.4 Kokonaistehon compounding-lasku
\[X_{\text{total}} = 150\ 000 \times 1\ 000 \times 333{,}3333 = 50\ 000\ 000\ 000\text{x}\]
---
## 2. Aikakoherentit kenttäyhtälöt ja interferenssilogiikka
Deterministinen logiikkasynteesi ilman kytkimiä saavutetaan moduloimalla sähkömagneettisen aallon amplitudia a sekä spatiaalista vaihetta φ Chronos-aikasloteissa \(C_k\):
\[E_{\text{global}}(t) = \sum_{m=1}^{M} \sum_{k=-\infty}^{\infty} a_{m,k} \cdot \Pi\left(\frac{t - k \cdot T_{\text{rep}}}{\tau_{\text{pulse}}}\right) \cdot e^{i(\omega_m t + \phi_{m,k})}\]
Missä \(a_{m,k} \in \{0, 1\}\) on looginen databitti, Π(x) suorakaidefunktio ja \(T_{\text{rep}}\) jaksonaika. Kun kaksi synkronoitua datavirtaa (\(E_A\) ja \(E_B\)) kohtaavat nanoplasmonisissa aallonjohtimissa, porttijännite \(V_{\text{gate}}\) määräytyy interferenssikuvion perusteella:
\[V_{\text{gate}} \propto \vert{}E_A + E_B\vert{}^2 = \vert{}E_A\vert{}^2 + \vert{}E_B\vert{}^2 + 2\vert{}E_A\vert{}\vert{}E_B\vert{}\cos(\phi_A - \phi_B)\]
* **Konstruktiivinen interferenssi (Δφ = 0):** \(\cos(0) = 1 \implies V_{\text{gate}} > V_{\text{th}}\). Potentiaalikenttä aiheuttaa fononisironnan grafeenikerroksessa ajaen kanavan eristävään tilaan \(\implies\) **Looginen tila 0**.
* **Destruktiivinen interferenssi (Δφ = π):** \(\cos(\pi) = -1 \implies V_{\text{gate}} \to 0\). Kanava pysyy häiriöttömässä ballistisessa tilassa \(\implies\) **Looginen tila 1**.
Tämä mahdollistaa universaalin XOR/XNOR-porttisynteesin suoraan vaihemodulaatiolla valonnopeudella.
---
## 3. Lämpödynamiikka ja energiatehokkuus
Tehollinen lämpökuorma skaalataan alas järjestelmän pulssisuhteella (duty cycle) D:
\[D = \frac{\tau_{\text{pulse}}}{T_{\text{rep}}} = \frac{10\text{ fs}}{1000\text{ fs}} = 0.01 \quad (1\ \%)\]
Koska dynaaminen pulssisuhde on 1 %, sirun plasmoninen kerros on 99 % ajastaan vapaa optisista ohmihäviöistä. Sirun kokonaistehonkulutus \(P_{\text{total}}\) noudattaa dynaamista pulssiyhtälöä:
\[P_{\text{total}} = (P_{\text{laser}} \cdot D) + P_{\text{latch}}\]
Missä \(P_{\text{latch}}\) on kvanttipistelukkojen ylläpitoteho. Koska staattinen vuotovirta \(I_{\text{leak}} \to 0\), hyötysuhde lähestyy teoreettista maksimiaan:
\[E_{\text{eff}} = \frac{X_{\text{total}} \cdot \text{Ops_{\text{base}}}}{P_{\text{total}}} \approx 145\text{ TFLOPS/W}\]
Vastaukset
Vanhimmat
Ei vielä vastauksia
Aloittaja odottaa vastauksia. Kerro oma näkemyksesi ensimmäisenä.