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Archiviazione permanente dei dati con la luce

È stata sviluppata la prima memoria on-chip permanente tutto-ottica. Questo è un passo importante verso i computer ottici. I materiali a cambiamento di fase che modificano le loro proprietà ottiche a seconda della disposizione degli atomi consentono la memorizzazione di più bit in una singola cella.

La prima memoria on-chip permanente interamente ottica è stata sviluppata dagli scienziati dell’Istituto di tecnologia di Karlsruhe (KIT) e dalle università di Münster, Oxford ed Exeter. Questo è un passo importante verso i computer ottici. I materiali a cambiamento di fase che modificano le loro proprietà ottiche a seconda della disposizione degli atomi consentono la memorizzazione di più bit in una singola cella. I ricercatori presentano il loro sviluppo sulla rivista Nature Photonics (10.1038 / nphoton.2015.182).

Memoria di dati completamente ottica: impulsi di luce ultra-brevi fanno cambiare il materiale GST da cristallino ad amorfo e viceversa. Gli impulsi di luce deboli leggono i dati.

La luce determina il futuro delle tecnologie dell’informazione e della comunicazione: con gli elementi ottici, i computer possono lavorare in modo più rapido ed efficiente. Le fibre ottiche sono state utilizzate da tempo per la trasmissione di dati con la luce. Ma su un computer, i dati vengono ancora elaborati e memorizzati elettronicamente. Lo scambio elettronico di dati tra processori e memoria limita la velocità dei computer moderni. Per superare questo cosiddetto collo di bottiglia di von Neumann, non è sufficiente collegare otticamente memoria e processore, poiché i segnali ottici devono essere nuovamente convertiti in segnali elettrici. Gli scienziati, quindi, cercano metodi per eseguire calcoli e memorizzazione dei dati in modo puramente ottico.

Gli scienziati di KIT, l’Università di Münster, l’Università di Oxford e la Exeter University hanno ora sviluppato la prima memoria on-chip completamente ottica e non volatile. “I bit ottici possono essere scritti a frequenze fino a un gigahertz, il che consente una memorizzazione estremamente rapida dei dati grazie alla nostra memoria fotonica”, spiega il professor Wolfram Pernice. Pernice è stato a capo di un gruppo di lavoro del KIT Institute of Nanotechnology (INT) e recentemente si è trasferito all’Università di Münster. “La memoria è compatibile non solo con la trasmissione dati convenzionale in fibra ottica, ma anche con i processori più recenti”, aggiunge il professor Harish Bhaskaran dell’Università di Oxford.

La nuova memoria può memorizzare i dati per decenni anche quando viene tolta la corrente. Anche la sua capacità di immagazzinare molti bit in una singola cella di un miliardesimo di metro (memoria multi-livello) è molto attraente. Invece dei soliti valori di informazione di 0 e 1, diversi stati possono essere memorizzati in un elemento e possono essere fatti anche calcoli autonomi. Ciò è dovuto ai cosiddetti materiali a cambiamento di fase, nuovi materiali che cambiano le loro proprietà ottiche a seconda della disposizione degli atomi: entro i più brevi periodi di tempo, possono cambiare tra stati cristallini (regolari) e amorfi (irregolari). Per la memoria, gli scienziati hanno utilizzato il materiale a cambiamento di fase Ge2Sb2Te5 (GST). Il passaggio da cristallino ad amorfo (memorizzazione dei dati) e da amorfo a cristallino (cancellazione dei dati) viene avviato da impulsi di luce ultracorti. Per leggere i dati, vengono utilizzati impulsi di luce deboli.

Le memorie permanenti on-chip on-optical potrebbero aumentare considerevolmente le prestazioni future dei computer e ridurre il loro consumo energetico. Insieme alle connessioni tutto-ottiche, potrebbero ridurre le latenze. La conversione ad alta intensità di energia dei segnali ottici in segnali elettronici e viceversa non sarebbe più necessaria.

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