Ny optisk hukommelsescelle opnår tæthed for lagring af datalagring

Forskere har demonstreret en ny teknik, der kan lagre flere optiske data i et mindre rum, end det tidligere var muligt på chip. Denne teknik forbedrer faseforandringens optiske hukommelsescelle, som bruger lys til at skrive og læse data, og kunne tilbyde en hurtigere, mere strømeffektiv form for hukommelse til computere.

I Optica , The Optical Society's journal for high impact research, forskere fra Oxfords universiteter, Exeter og Münster beskriver deres nye teknik til al-optisk datalagring, hvilket kunne hjælpe med at imødekomme det stigende behov for mere computerdatalagring.

I stedet for at bruge elektriske signaler til at gemme data i en af ​​to tilstande - et nul eller en - som nutidens computere, den optiske hukommelsescelle bruger lys til at gemme information. Forskerne demonstrerede optisk hukommelse med mere end 32 tilstande, eller niveauer, svarende til 5 bits. Dette er et vigtigt skridt i retning af en heloptisk computer, et langsigtet mål for mange forskergrupper på dette område.

"Optiske fibre bringer lyskodede data til vores hjem og kontorer, men disse oplysninger omdannes til elektroniske signaler, når de først er inde i computere, "sagde forskerteamleder Harish Bhaskaran fra Oxford." Ved at bringe hastigheden af ​​lysbaseret dataoverførsel til kredsløbskortene, der kører computere, vores helt optiske hukommelse kunne muliggøre en hybrid computerchip, der interagerer med data både optisk og elektrisk. "

Det nye arbejde er en del af et stort projekt kaldet Fun-COMP, til funktionelt skaleret computingteknologi, der samler akademiske og industrielle partnere for at udvikle banebrydende hardwareteknologier.

Skrive data med lys

Den optiske hukommelsescelle bruger lys til at kode information i et faseændringsmateriale, en klasse materialer, der bruges til at lave omskrivbare cd'er og dvd'er. En laser opvarmer dele af et faseændringsmateriale, hvilket får det til at skifte mellem tilstande, hvor alle atomer er ordnet eller uordnede. Fordi disse to tilstande udviser forskellige optiske indeks for brydning, dataene kan læses ved hjælp af lys.

Faseændringsmaterialer kan gemme data i lang tid, fordi de forbliver i uorden eller ordnet tilstand, indtil de belyses igen med den specifikke type laserlys, der oprindeligt blev brugt til at skrive dataene. Blanding af forskellige forhold mellem ordnede og uordnede tilstande i et område af materialet gør det muligt at gemme information i et kontinuum af niveauer i stedet for kun et nul og et som i traditionel elektronisk hukommelse.

"Selvom vores team tidligere har brugt denne tilgang til optisk hukommelse, vi har nu været i stand til at skubbe opløsningsgrænserne for denne hukommelsescelle ved at lagre et større antal mellemliggende tilstande mellem nul og en, "sagde Nathan Youngblood, medlem af forskergruppen. "Dette tillod os at gemme oplysninger i 34 niveauer, mens kun 10 kunne opnås tidligere. "

Forskerne opnåede den øgede opløsning ved at bruge en ny teknik, de udviklede, der bruger laserlys med en enkelt, dobbelttrinset puls-to pulser sat sammen til en rektangulær formet puls-for præcist at kontrollere smeltningen og krystallisationen af ​​materialet.

"I stedet for at varme materialet op med en enkelt laserpuls, vi former pulsen på en måde, der giver os mulighed for at kontrollere materialets temperatur over tid, "sagde Xuan Li, papirets første forfatter. "Dette giver mulighed for at justere, hvordan det materiale interagerer med lys og den tilstand, det vil nå efter opvarmning. Det fremskynder også skriveprocessen i høj grad, fordi vi kan ændre materialets tilstand med kun en laserpuls i stedet for hundredvis eller tusinder af pulser krævet tidligere. "

Hukommelseslager på flere niveauer

I avisen, forskerne viste, at de kunne bruge deres tilgang til pålideligt at kode data på 34 niveauer, hvilket er mere end de 32 niveauer, der er nødvendige for at opnå 5-bit programmering. "Denne præstation krævede at forstå samspillet mellem lyset og materialet perfekt og derefter sende den helt rigtige laserpuls, der var nødvendig for at opnå hvert niveau, "sagde Bhaskaran." Vi løste et ekstraordinært vanskeligt problem. "

Den nye teknik kan hjælpe med at overvinde en af ​​flaskehalse, der begrænser hastigheden på nutidens computere:forbindelsen mellem processoren og hukommelsen. "Der er gået meget arbejde med at forbedre kommunikationen mellem disse to enheder ved hjælp af fiberoptik, "sagde Bhaskaran." Dog, at forbinde disse to enheder optisk kræver stadig dyre elektro-optiske konverteringer i begge ender. Vores hukommelsescelle kunne bruges i en hybrid optisk-elektrisk opsætning for at eliminere behovet for denne konvertering på hukommelsessiden ved at lade data gemmes og hentes optisk. "

Dernæst ønsker forskerne at integrere flere hukommelsesceller og individuelt programmere dem, som ville være påkrævet for at lave en arbejdshukommelseschip til en computer. Forskningsgrupperne har arbejdet tæt sammen med Oxford University Innovation, universitetets innovationsarm, at udvikle kommercielle muligheder som følge af deres forskning om fotoniske hukommelsesceller. Forskerne siger, at de allerede kan replikere enhederne ekstremt godt, men bliver nødt til at udvikle lyssignalbehandlingsteknikker for at integrere flere optiske hukommelsesceller.