| 0 |
|
Первый в мире полностью оптический чип памяти для постоянного хранения данных был разработан учеными из Оксфордского университета в сотрудничестве с учеными из Карлсруэ, Мюнстера и Эксетера. Устройство, сделанное с использованием материалов, применяемых в CD и DVD, может значительно улучшить скорость современных вычислений.
Производительность современных компьютеров сдерживается относительно медленной передачей электронных данных между процессором и памятью. «Нет смысла использовать более быстрые процессоры, если ограничивающим фактором является челночная передача данных в и из памяти – так называемое бутылочное горлышко фон-Неймана, - объясняет проф. Хариш Бхаскаран (Harish Bhaskaran), который возглавлял исследование. - Но мы думаем, что использование света может значительно ускорить этот процесс».
Просто соединить процессор-память с помощью оптического канала не является эффективным из-за необходимости конвертировать фотоны обратно в электронные сигналы на каждом конце. Таким образом, память и обработка также должны быть на основе света. Исследователи пытались создать такой тип оптической памяти прежде, но результаты всегда были энергозависимые, требуя питания для того, чтобы хранить данные. Для многих приложений, таких как жесткие диски компьютера, важно иметь возможность хранить данные на неопределенный срок с или без питания.
Теперь международная команда исследователей, включая ученых из отдела материалов Оксфордского университета, создала первую в мире полностью оптическую энергонезависимую микросхему памяти. Новое устройство использует материал с изменением фазы Ge2Sb2Te5 (GST) - то же, что и в перезаписываемых CD и DVD - для хранения данных. Этот материал может становиться аморфным, как стекло, или кристаллическим, как металл, с помощью либо электрических, либо оптических импульсов. Устройство, которое исследователи создали, использует небольшую секцию GST на вершине направляющего выступа, известного как волновод, для передачи света.
Команда показала, что интенсивные импульсы света, отправленные через волновод, могут изменить состояние GST. Интенсивный импульс вызывает мгновенное плавление и быстрое охлаждение, заставляя материал принимать аморфную структуру; чуть менее интенсивный импульс может перевести его в кристаллическое состояние.
Позже, когда свет гораздо более низкой интенсивности направляется через волновод, разница в состоянии GST влияет на количество передаваемого света. Команда может измерить эту разницу, чтобы определять его состояние и, в свою очередь, считывать записанные данные в устройстве как 1 или 0. «Это первое по-настоящему энергонезависимое интегрированное устройство оптической памяти, - объясняет аспирант Карлос Риос (Carlos Ríos), один из двух ведущих авторов статьи. - И мы добились этого при помощи установленных материалов, которые известны своим долговременным хранением данных, - GST остается в неизменном состоянии в течение десятилетий.
Посылая света различных длин волн через волновод одновременно, команда также показала, что они могут использовать одиночный импульс для записи и чтения памяти одновременно. «В теории это означает, что мы могли бы читать и писать тысячи битов параллельно, обеспечивая практически неограниченную пропускную способность», - объясняет проф. Вольфрам Пернис (Wolfram Pernice) из Университета Мюнстера.
Исследователи также обнаружили, что сильные импульсы различной интенсивности могут точно и многократно создавать различные смеси аморфной и кристаллической структур в GST. Когда импульсы низкой интенсивности были посланы через волновод, чтобы считывать содержимое устройства, исследователи также были в состоянии обнаружить тонкие различия в проходящем свете, позволяющие им надежно записывать и считывать восемь различных уровней состояний состава - от полностью кристаллического до полностью аморфного. Эта особенность даст возможность создать модули памяти с более чем обычной двоичной информацией 0 и 1, что позволяет одному биту памяти хранить нескольких состояний или даже выполнять на нем расчеты, а не на процессоре.
«Это совершенно новый вид функциональности, использующий проверенные существующие материалы, объясняет проф. Бхаскаран. - Эти оптические биты могут быть написаны с частотами до одного гигагерца и могут обеспечить огромные полосы пропускания. Это своего рода сверхбыстрое устройство хранения данных, в котором нуждаются современные компьютеры».
Теперь, команда работает по ряду проектов, которые направлены на то, чтобы использовать новые технологии. Они особенно заинтересованы в развитии нового вида электро-оптического соединения, что позволит чипам памяти напрямую взаимодействовать с другими компонентами с использованием света, а не электрических сигналов.
Схема устройства, показывающая его структуру и распространение света через него
Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365
| 0 |
|
