211service.com
Nya minneschips lagrar data inte med elektricitet, utan med ljus
Dataföretag som letar efter högre hastighet har börjat använda ljus för att transportera data inuti datorer istället för el. Nu har forskare presenterade ett lovande upplägg för att använda ljus för att lagra information på ett chip också – även när strömmen är avstängd.
I den här elektronmikroskopbilden sitter en liten fläck av ett fasförändringsmaterial som kallas GST (gul) på en vågledare, som fungerar som en minnescell som kan skrivas och läsas genom att skicka ljuspulser genom guiden.
Att använda ljus istället för elektricitet för att flytta information mellan en dators minne och dess processor kan leda till mycket snabbare och mer energieffektiva datorer (se Intels laserchips kan få datacenter att fungera bättre). Men just nu är det nödvändigt att konvertera de optiska signalerna till elektriska och lagra data elektroniskt, vilket är relativt långsamt jämfört med hastigheten på dagens processorer. Det nya helt fotoniska minnet, som drar fördel av samma material som används i omskrivbara CD- och DVD-skivor, är ett steg mot system som uppnår effektivare dataöverföring och lagring, enligt teknikens uppfinnare.
Fotoniskt minne har visats på ett chip förut, men det var kortlivat och det krävde en konstant tillförsel av ljus för att fungera. Detta är det första optiska minnet på chipet som är icke-flyktigt, vilket innebär att det inte kräver en konstant tillförsel av energi, och därmed kan ge långtidslagring på samma sätt som en hårddisk kan. Grunden för tekniken är ett så kallat fasförändringsmaterial. Ljuspulser kan användas för att växla materialet mellan två distinkta tillstånd - ett där atomerna är ordnade eller kristallina och ett där de är oordnade eller amorfa. Forskarna utnyttjade detta fenomen för att skriva och läsa information.
En speciell egenskap hos detta material gör det särskilt användbart för minneslagring. Forskarna visade att de kunde använda ljus för att sätta materialet i blandade tillstånd - säg 10 procent kristallint och 90 procent amorft, eller 20 procent kristallint och 80 procent amorft, och så vidare. Att ha mer än bara två tillstånd tillgängliga för minneslagring innebär att du kan stoppa in mycket mer information i samma utrymme, säger Harish Bhaskaran , professor i materialvetenskap och nanoteknikexpert vid University of Oxford, i Storbritannien Bhaskaran, tillsammans med Wolfram Pernice , vid universitetet i Münster, i Tyskland, ledde forskningen.
På kort sikt kan en minnesteknik som denna användas för att förbättra prestandan hos datacenter och därmed utöka de typer av applikationer som är möjliga tack vare cloud computing. Flera stora datorföretag utvecklar system för att flytta ljus runt ett chip med hjälp av vågledare, eller från ett chip till ett annat med hjälp av optiska kablar som de som är vanliga inom telekommunikationsindustrin. Bhaskaran och hans kollegor säger att det nya minnesschemat är kompatibelt med konventionella optiska fibrer, såväl som vågledare.
Tekniken är fortfarande långt ifrån kommersialisering. Forskarna visade bara förmågan att läsa och skriva flera bitar. Mer forskning och utveckling kommer att behövas för att förstå hur exakt det kan eller bör tillämpas.
En väg Bhaskaran och Pernice planerar att utforska är designen av okonventionella datorarkitekturer, kanske inklusive sådana som är avsedda att efterlikna hur hjärnor bearbetar information, som kan övervinna grundläggande hastighets- och effektivitetsgränser för traditionella elektroniska datorer (se Thinking in Silicon). Bhaskaran säger att samma teknik som de använde för att utnyttja flera tillstånd i fasförändringsmaterialet för minneslagring kan användas för att utföra grundläggande aritmetiska operationer, som att räkna. Om du kan göra sekventiell räkning kan du göra beräkningar.