 Первый в мире чип памяти на основе света для постоянного хранения данных был разработан учеными Оксфордского университета, в сотрудничестве с учеными в Карлсруэ, Мюнстере и Эксетера. Устройство, которое использует материалы, применяемые в компакт-дисках и DVD-дисках, может помочь значительно улучшить скорость современных вычислительных систем.
Сегодняшние компьютеры сдерживается относительно медленной передачей электронных данных между процессором и памятью. Нет смысла создавать более быстрые процессоры, если ограничивающим фактором является перенос информации от памяти и к памяти. Этот термин называется «узким проходом фон Неймана». Но использование света, по мнению ученых, может значительно ускорить этот процесс.
Простое преодоление разрыва «процессор-память» с помощью фотонов, однако, не является эффективным из-за необходимости их конвертации обратно в электронные сигналы на каждом конце. Вместо этого, память и возможности обработки также должны быть на основе света. Исследователи пытались создать подобную фотонную память и прежде, но результаты всегда были неустойчивыми, требуя питания для того, чтобы хранить данные. Для многих приложений - таких, как дисководы компьютера – важно иметь возможность хранения данных на неопределенный срок, с наличием питания или без него.
Теперь международная команда, включая исследователей из Оксфордского университета, произвела первую в мире полностью фотонную энергонезависимую микросхему памяти. Новое устройство использует материал с изменением фазы Ge2Sb2Te5 (GST) - тот же материал, что и в перезаписываемых компакт-дисков и DVD-дисков, для хранения данных. Этот материал может принимать аморфное состояние, как стекло, или кристаллическое состояние, как металл - с помощью одного или электрические оптических импульсов. Устройство использует небольшую часть GST на вершине хребта нитрида кремния, известного как волновод, для переноса света.
Ученые показала, что интенсивные импульсы света, отправленные через волновод, могут тщательно изменить состояние GST. Интенсивный импульс заставляет его мгновенно плавиться и быстро охлаждаться, заставляя его принимать аморфную структуру; чуть менее интенсивный импульс может перевести его в кристаллическое состояние.
Позже, когда свет с гораздо более низкой интенсивностью направляется через волновод, разница в состоянии GST влияет на количество передаваемого света. Команда может измерить эту разницу, чтобы определить его состояние, - и, в свою очередь считывать наличие информации в устройстве в единицах или нулях. Это первое по-настоящему энергонезависимое интегрированное устройство оптической памяти, когда-либо созданное. Исследователи добились результата при помощи установленных материалов, которые известны за счет их долгосрочного хранения данных.
Послав различные длины волн света через волновод в одно и то же время, исследователи также показали, что они могут использовать одиночный импульс для записи и чтения памяти одновременно. В теории, это обеспечивает практически неограниченную пропускную способность.
Исследователи также обнаружили, что различные интенсивности сильных импульсов могут точно и многократно создавать различные смеси аморфной и кристаллической структуры в GST. Когда нижние импульсы интенсивности проводились через волновод для считывания содержимого устройства, они также были в состоянии обнаружить тонкие различия в проходящем свете, что позволяет им надежно читать и писать восемь различных уровней состояний - от полностью кристаллического до полностью аморфного. Эта возможность может обеспечить модули памяти с более, чем просто обычной двоичной информации нулей и единиц, и позволит одному биту памяти хранить несколько состояний или даже выполнять расчеты самому по себе вместо процессора.
Это совершенно новый вид функциональности, использующий проверенные существующие материалы. Эти оптические биты могут быть написаны с частотами до одного гигагерца и могут обеспечить огромные полосы пропускания.
Теперь ученые работают по ряду проектов, которые направлены на использование новых технологий. Они особенно заинтересованы в развитии нового вида электрооптического соединения, которое позволяет чипам памяти напрямую взаимодействовать с другими компонентами с использованием света вместо электрических сигналов.
|
