Pomnilniški čip na osnovi svetlobe je prvič, ki podatke trajno shranjuje | 2020

Vsebina:

Anonim

Današnji računalniki so zadržani zaradi relativno počasnega prenosa elektronskih podatkov med procesorjem in pomnilnikom. "Ni smiselno uporabljati hitrejših procesorjev, če je omejevalni dejavnik preklapljanje informacij do in iz spomina - tako imenovano ozko grlo von-Neumanna," pojasnjuje profesor Harish Bhaskaran, ki je vodil raziskavo. "Ampak mislimo, da lahko uporaba svetlobe to bistveno pospeši."

Preprosto premostitev pomnilnika procesorskega pomnilnika s fotoni pa ni učinkovita, ker jih je treba pretvoriti nazaj v elektronske signale na vsakem koncu. Namesto tega bi morali imeti pomnilniške in procesne zmogljivosti tudi na svetlobi. Raziskovalci so pred tem poskušali ustvariti takšen fotonski spomin, vendar so bili rezultati vedno nestanovitni in zahtevali moč za shranjevanje podatkov. Za številne aplikacije - kot so računalniški diskovni pogoni - je bistveno, da lahko podatke shranjujete za nedoločen čas, z ali brez napajanja.

Zdaj je mednarodna skupina raziskovalcev, vključno z raziskovalci iz Oddelka za materiale na univerzi v Oxfordu, izdelala prvi svetlobno-živčni pomnilniški čip. Nova naprava za shranjevanje podatkov uporablja material Ge2Sb2Te5 (GST) za spremembo faz, ki se uporablja enako kot pri prepisljivih CD-jih in DVD-jih. Ta material lahko naredimo tako, da prevzamemo amorfno stanje, kot je steklo, ali kristalno stanje, kot je kovina, z uporabo električnih ali optičnih impulzov. V članku, objavljenem v Nature Photonics Raziskovalci opisujejo napravo, ki so jo ustvarili, ki za prenos svetlobe uporablja majhen del GST na vrhu slemena silicijevega nitrida, znanega kot valovod.

Ekipa je pokazala, da lahko intenzivni impulzi svetlobe, ki se prenašajo skozi valovod, skrbno spremenijo stanje GST. Intenzivni pulz povzroči, da se naenkrat stopi in se hitro ohladi, kar povzroči, da prevzame amorfno strukturo; nekoliko manj intenziven pulz ga lahko postavi v kristalno stanje.

Kasneje, ko se skozi valovod pošlje svetloba z veliko manjšo intenzivnostjo, razlika v stanju GST vpliva na prenos svetlobe. Ekipa lahko izmeri to razliko, da prepozna njeno stanje - in nato odčita prisotnost informacij v napravi kot 1 ali 0. "To je prva resnično neobstojna integrirana optična pomnilniška naprava, ki jo je treba ustvariti," pojasnjuje. Clarendon Scholar in študent DPhil Carlos Ríos, eden od dveh vodilnih avtorjev prispevka. "In dosegli smo ga z uporabo uveljavljenih materialov, ki so znani po njihovem dolgoročnem hrambi podatkov - GST ostaja v stanju, v katerem se nahaja že desetletja."

S pošiljanjem različnih valovnih dolžin svetlobe skozi valovod ob istem času - tehniko, ki se imenuje multipleksiranje z valovno dolžino - je ekipa pokazala, da lahko uporabijo en impulz za zapisovanje in branje hkrati v spomin. "Teoretično to pomeni, da lahko beremo in pišemo na tisoče bitov naenkrat, kar zagotavlja praktično neomejeno pasovno širino," pojasnjuje profesor Wolfram Pernice z Univerze v Munsterju.

Raziskovalci so tudi ugotovili, da lahko različne intenzivnosti močnih impulzov natančno in večkrat ustvarjajo različne mešanice amorfne in kristalne strukture v GST. Ko so bili impulzi nižje intenzivnosti poslani skozi valovod, da bi prebrali vsebino naprave, so bili tudi zmožni zaznati subtilne razlike v oddani svetlobi, kar jim omogoča zanesljivo zapisovanje in odčitavanje osmih različnih ravni sestave stanja - od povsem kristalnega do popolnoma amorfen. Ta zmožnost multi-state bi lahko zagotovila pomnilniške enote z več kot običajnimi binarnimi informacijami 0 in 1, kar posameznim bitom pomnilnika omogoča shranjevanje več stanj ali celo izvajanje samih izračunov namesto v procesorju.

"To je popolnoma nova vrsta funkcionalnosti, ki uporablja dokazane obstoječe materiale," pojasnjuje profesor Bhaskaran. Ti optični bitovi so lahko zapisani s frekvencami do enega gigaherca in lahko zagotovijo velike pasovne širine. To je ultra hiter način shranjevanja podatkov, ki ga potrebuje sodobno računalništvo.

Zdaj skupina dela na številnih projektih, katerih cilj je uporaba nove tehnologije. Zlasti so zainteresirani za razvoj nove vrste elektrooptičnega medsebojnega povezovanja, ki bo pomnilniškim čipom omogočal neposredno povezovanje z drugimi komponentami z uporabo svetlobe, ne pa električnih signalov.