Erster optischer nichtflüchtiger Speicherchip mit stabiler Leistung erstellt
Willkommen bei unseren Lesern auf den iCover- Blog- Seiten ! Heute wollen wir über den ersten vollständig optischen nichtflüchtigen Speicherchip sprechen - eine gemeinsame Entwicklung von Wissenschaftlern des Karlsruher Instituts für Technologie, der Universitäten Münster, Oxford und Exeter.
Die Möglichkeit, Licht und optische Komponenten von Schaltkreisen zu verwenden, schafft eine neue Zukunft für Informations- und Kommunikationstechnologien und eröffnet grundlegend neue Horizonte für die Effizienz und Geschwindigkeit von Computersystemen.Während Glasfaser eine langjährige Methode zur Übertragung von Lichtinformationen ist, nutzen vorhandene Computersysteme die Fähigkeiten der binären Logik zu 100%, indem sie elektrische Signale verarbeiten und elektronische Schaltungslösungen verwenden. Die Implementierung des „elektronischen Skripts“ des Datenaustauschs zwischen Prozessor und RAM ist einer der Hauptfaktoren, die die Geschwindigkeit aktueller Computer und den Engpass beim Architekten von Neumann begrenzen.Eine grundlegende Lösung des Problems ist nicht auf die Organisation der optischen Schnittstelle zwischen dem Prozessor und dem Speicher beschränkt, da dies die Notwendigkeit einer gegenseitigen Umwandlung von optischen und elektrischen Signalen zwischen ihnen nicht beseitigt. Eine solche Lösung sollte mit der Entwicklung eines Verfahrens zur Verarbeitung und Speicherung von Informationen verbunden sein, mit dem alle Datenoperationen ausschließlich aufgrund des Potenzials photonisch-optischer Technologien ausgeführt werden können.Experimente mit dem Photonenspeicher ermöglichten lange Zeit keine stabilen Ergebnisse. In diesem Sinne kann ein optischer Chip mit nichtflüchtigem Photonenspeicher - eine gemeinsame Entwicklung von Wissenschaftlern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Universitäten Münster, Oxford, Exeter - wörtlich als Epochenherstellung bezeichnet werden. Das vorgeschlagene Verfahren zum Aufzeichnen von Informationen wird die Leistung der vorhandenen Computerarchitektur dramatisch verbessern, indem Verzögerungen verringert werden, die mit der Umwandlung des elektrischen Signals verbunden sind.Die praktische Umsetzung des Konzepts eines optischen Chips mit nichtflüchtigem Speicher wurde durch die Verwendung eines einzigartigen PSM-Materials der neuen Generation Ge2Sb2Te5 (GST) ermöglicht - einer Chalkogenidverbindung, die die Phase des Kristallgitters unter dem Einfluss ultrakurz gepulster Laserstrahlung von amorph zu kristallin und zurück verändern kann. Somit werden die optischen und "logischen" Eigenschaften des PSM-Kristalls (amorpher und kristalliner Zustand) durch die Art der Anordnung der Atome des Kristallgitters bestimmt und können mittels modifizierter Laserstrahlung künstlich eingestellt werden.Das Lesen von Informationen erfolgt auch durch Laserpulse geringerer Intensität. Da für jede Änderung des Zustands des Kristallgitters nur extern gerichtete Strahlung erforderlich ist, können die aufgezeichneten Informationen jahrzehntelang ohne externen Energiezugang gespeichert werden. Und in dieser Hinsicht ist der Chip nicht flüchtig.„Die Schreibfrequenz der optischen Bits kann 1 Gigahertz erreichen. Dies stellt die extrem hohe Geschwindigkeit unseres vollständigen Photonenspeichers sicher “, sagte Wolfram Pernice, Professor an der Universität Münster am KIT. Es ist wichtig, dass „... ein solcher Speicher heute möglicherweise bereits mit einem Standard-Glasfaser-Datenübertragungssystem kompatibel ist. Mit den vorgeschlagenen Algorithmen für den Zugriff auf den Inhalt der Zellen können Sie den neuen Speicher mit der neuesten Generation von Prozessoren kombinieren ... “- fügt Professor Garish Bhaskaran hinzu. Auf diese Weise können Sie in einer mehrstufigen Zelle in Milliarden Metern bis zu 8 Informationsbits auf der einfachsten logischen Ebene speichern und unabhängig verarbeiten und mehrere Zustände gleichzeitig aufzeichnen und speichern.Ein vollständig optischer permanenter Speicher, der auf einem innovativen Chip integriert ist, kann die Geschwindigkeit von Computern erheblich erhöhen und gleichzeitig den Stromverbrauch erheblich senken. Ein mehrstufiger Chip mit wahlfreiem Zugriff ermöglicht deutlich größere Rechenkapazitäten. Für ein einzelnes Lesen von Informationen und das Umschalten von Zwischenzuständen bei einer Geschwindigkeit von 1 GHz reicht eine Energie von 13,4 pJ aus (1 Picojoule = 10⁻¹² Joule). In diesem Fall können einzelne Speicherelemente unter Verwendung des Prinzips des Wellenlängenmultiplexens erzeugt werden. Somit wird ein vollständig optischer mehrstufiger nichtflüchtiger Chip, der es ermöglicht, den Engpass der von Neumann-Architektur teilweise zu beseitigen, zu einem der wichtigsten Glieder in der neuen Computerarchitektur von photonenoptischen Computern der Zukunft.Natürlich ist die Nutzung des gesamten Potenzials des neuesten Chips mit der Aussicht verbunden, große Arbeitsmengen in verschiedene Richtungen auszuführen. Gleichzeitig ist die Nutzung der Fähigkeiten bestehender elektronischer Prozessoren in Verbindung mit einem optischen Speicherchip trotz der weit entfernten Aussicht, photonische Analoga moderner Mikroprozessoren zu erzeugen, eine qualitativ neue Ebene der Informationsverarbeitung. Und für die praktische Umsetzung eines solchen Schemas wird es ausreichen, eine Glasfaserschnittstelle zu schaffen, bei der der energieintensive Prozess der Umwandlung elektrischer Signale in optische und umgekehrt nur auf der Prozessorseite ausgeführt wird.Weitere Informationen zu den Forschungsergebnissen und zur Geschichte des revolutionären Chips finden Sie auf den Seiten der Zeitschrift Nature Photonics .Liebe Leser, wir freuen uns immer, Sie auf den iCover-Blog-Seiten zu treffen und auf Sie zu warten! Wir sind bereit, Sie weiterhin mit unseren Veröffentlichungen zu begeistern und werden alles daran setzen, dass Ihnen die mit uns verbrachte Zeit gefällt. Und vergessen Sie natürlich nicht, unsere Rubriken zu abonnieren, und wir versprechen Ihnen, dass Sie sich nicht langweilen werden!Andere interessante Artikel Source: https://habr.com/ru/post/de384737/
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