Primeiro chip de memória não volátil óptico com desempenho estável criado
Bem-vindo aos nossos leitores nas páginas de blog do iCover ! Hoje queremos falar sobre o primeiro chip de memória não volátil totalmente óptico - um desenvolvimento conjunto de cientistas do Instituto de Tecnologia Karlsruhe, das universidades de Münster, Oxford e Exeter.
A possibilidade de usar componentes ópticos e de luz dos circuitos cria um novo futuro para as tecnologias de informação e comunicação, abrindo fundamentalmente novos horizontes para a eficiência e velocidade dos sistemas de computação.Embora a fibra óptica seja uma maneira antiga de transmitir informações de luz, os sistemas de computadores existentes 100% exploram os recursos da lógica binária processando sinais elétricos e usando soluções de circuitos eletrônicos. A implementação do “script eletrônico” da troca de dados entre o processador e a RAM é um dos principais fatores que limitam a velocidade dos computadores atuais e o gargalo do arquiteto von Neumann.Uma solução fundamental para o problema não se limita à organização da interface óptica entre o processador e a memória, pois isso não elimina a necessidade de conversão mútua de sinais ópticos e elétricos entre eles. Essa solução deve estar associada ao desenvolvimento de um método para processar e armazenar informações que permita que todas as operações de dados sejam realizadas exclusivamente devido ao potencial das tecnologias fotônicas-ópticas.Durante muito tempo, experimentos com memória de fótons não permitiram alcançar resultados estáveis. E, nesse sentido, um chip óptico com memória de fótons não voláteis - um desenvolvimento conjunto de cientistas do Instituto de Tecnologia Karlsruhe (KIT) e das universidades de Münster, Oxford, Exeter, pode ser literalmente chamado de época. O método proposto de registrar informações melhorará drasticamente o desempenho da arquitetura de computação existente, reduzindo os atrasos associados à conversão do sinal elétrico.A implementação prática do conceito de um chip óptico com memória não volátil foi possível através do uso de um material PSM de nova geração Ge2Sb2Te5 (GST) - um composto de calcogeneto capaz de mudar a fase da rede cristalina de amorfa para cristalina e voltar sob a influência da radiação laser pulsada ultracurta. Assim, as propriedades ópticas e "lógicas" do cristal PSM (estado amorfo e cristalino) são determinadas pela natureza da disposição dos átomos da estrutura cristalina e podem ser definidas artificialmente por meio de radiação laser modificada.A leitura das informações também é realizada por pulsos de laser de menor intensidade. Como para qualquer alteração no estado da rede cristalina, somente a radiação externa direcionada é necessária, as informações gravadas podem ser armazenadas sem acesso externo à energia por décadas. E, nesse sentido, o chip não é volátil.“A frequência de gravação dos bits ópticos pode atingir 1 gigahertz. Isso garante a velocidade extremamente alta de nossa memória totalmente de fótons ”, disse Wolfram Pernice, professor da Universidade de Münster, no KIT. É importante que “... hoje essa memória já seja compatível com um sistema de transmissão de dados de fibra óptica padrão. E os algoritmos propostos para acessar o conteúdo das células permitem combinar a nova memória com a última geração de processadores ... ”- acrescenta o professor Garish Bhaskaran. Assim, em uma célula multinível em bilhões de metros, você pode armazenar e processar independentemente até 8 bits de informação no nível lógico mais simples, registrando e salvando vários estados ao mesmo tempo.A memória permanente totalmente óptica integrada em um chip inovador pode aumentar significativamente a velocidade dos computadores, reduzindo significativamente o consumo de energia. Um chip de vários níveis com acesso aleatório permitirá recursos de computação significativamente maiores. Para uma única leitura de informações e comutação de estados intermediários a uma velocidade de 1 GHz, uma energia de 13,4 pJ é suficiente (1 picojoule = 10⁻¹² Joule). Nesse caso, elementos de memória individuais podem ser criados usando o princípio da multiplexação de comprimento de onda. Assim, um chip não volátil de vários níveis totalmente óptico, que permite eliminar parcialmente o gargalo da arquitetura von Neumann, está se tornando um dos elos mais importantes na nova arquitetura de computação dos computadores ópticos de fótons do futuro.Obviamente, o uso de todo o potencial inerente ao chip mais recente está associado à perspectiva de realizar grandes volumes de trabalho em várias direções. Ao mesmo tempo, apesar da perspectiva distante de criar análogos fotônicos de microprocessadores modernos, o uso dos recursos dos processadores eletrônicos existentes em conjunto com um chip de memória óptico é um nível qualitativamente novo de processamento de informações. E para a implementação prática de tal esquema, será suficiente criar uma interface de fibra óptica na qual o processo intensivo de energia de conversão de sinais elétricos em ópticos e vice-versa será realizado apenas no lado do processador.Mais informações sobre os resultados da pesquisa e a história do chip revolucionário estão disponíveis nas páginas da revista Nature Photonics .Caros leitores, estamos sempre felizes em conhecê-lo e esperar por você nas páginas do blog iCover! Estamos prontos para continuar encantando você com nossas publicações e tentaremos fazer todo o possível para garantir que o tempo gasto conosco seja agradável para você. E, claro, não se esqueça de assinar nossas rubricas e prometemos - você não ficará entediado!Outros artigos interessantes Source: https://habr.com/ru/post/pt384737/
All Articles