Надежное хранение данных с помощью фотоники

Исследователи из британского Оксфордского университета, Мюнстерского университета и Технологического института Карлсруэ разработали надежный оптический накопитель информации, который может быть интегрирован в чип. По словам ученых, это важный шаг на пути к оптическим компьютерам.

Свет определяет будущее информационных и коммуникационных технологий: компьютеры с оптическими элементами будут быстрее работать и эффективнее расходовать энергию. Уже достаточно давно для передачи данных принято использовать оптические кабели. Однако на компьютерах данные обрабатываются и хранятся с помощью электронных схем. Электронный обмен данными между процессором и оперативной памятью ограничивает скорость современных вычислительных машин.

Чтобы ускорить работу компьютера, недостаточно связать процессор и память оптическим кабелем – оптический сигнал необходимо будет снова конвертировать в электрический. Ученые ищут пути создания процессоров и хранилищ данных полностью на основе оптических систем.

Ученые из Германии и Англии создали оптический чип. Они сделали первый полностью оптический и энергонезависимый – а значит, надежный и долговечный – чип, который может хранить информацию в течение десяти лет. «Оптические системы позволяют достичь частоты до гигагерца, поэтому они обусловливают очень быстрое сохранение данных», – объясняет профессор Вольфрам Пернайс (Wolfram Pernice), возглавляющий рабочую группу в Институте нанотехнологий Технологического института Карлсруэ. «Память совместима и с обычными оптоволоконными системами передачи данных, и с самыми современными процессорами», – рассказывает профессор Хариш Бхаскаран (Harish Bhaskaran) из Оксфордского университета.

Обычные оптические накопители информации, такие как CDили DVD – это внешние запоминающие устройства большой емкости, которые работают достаточно медленно. Такие средства не подходят для быстрой обработки данных и хранения данных на чипах. «Наши оптические накопители информации обладают гораздо большим потенциалом, чем любые существующие технологии хранения данных», – подчеркивает профессор Вольфрам Пернайс.

Новые средства хранения данных могут сохранять информацию в течение десяти лет без поступления энергии, а многоуровневая память позволяет сделать размеры чипа минимальными. Вместо обычного значения 0 и 1 каждый элемент может обладать несколькими другими значениями и даже самостоятельно производить вычисления. Такую возможность обеспечивают материалы, изменяющие фазовое состояние – эти материалы изменяют оптические свойства в зависимости от расположения атомов: они могут в течение короткого времени переходить от кристаллического (упорядоченного) к аморфному (неупорядоченному) состоянию.

Для производства устройств хранения данных ученые используют материал Ge2Sb2Te5 (GST). Ультракороткие импульсы изменяют состояние от кристаллического к аморфному (сохранение данных) и от аморфного к кристаллическому (стирание данных). Для считывания данных достаточно слабого оптического импульса.

Полностью оптическую систему накопления данных можно применять в совершенно различных областях техники и технологий. Надежная память на основе чипов позволит значительно увеличить производительность компьютеров или эффективность смартфонов, а также снизить потребление энергии. Использование чипов и оптических средств передачи данных позволит снизить время ожидания, поскольку не нужно будет затрачивать энергию на преобразование оптического сигнала в электрический и обратно. Кроме того, использование чипов позволит создавать нейронные сети, близкие к модели человеческого мозга.  

Возврат к списку

Хотите подписаться на статьи электронного журнала "Электрорешения"?