Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Новая оптическая память может произвести революцию в компьютерных вычислениях
(иллюстрация Carlos Rios et al.).

Искусственно окрашенный снимок электронного сканирующего микроскопа показывает элемент оптической памяти. Пластинка полупроводника GST (желтая) помещается на проводке из нитрида кремния (розовый)

Новая оптическая память может произвести революцию в компьютерных вычислениях

Ключевые слова:  Оптическая память, Производительность, Суперкомпьютеры, Тактовая частота

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

29 сентября 2015

В последние годы тактовая частота компьютеров практически не увеличивается. Вместо этого производители делают чипы многоядерными, благодаря чему становится возможным решать разные задачи в отдельных модулях. На самом деле современные технологии позволяют уже сегодня существенно увеличить производительность процессоров. Однако в этом нет никакого смысла, потому что сдерживающим фактором остаётся медленная скорость передачи электронных данных между чипом и памятью.

Чтобы решить эту проблему, необходимо заменить электроны на что-то более быстрое, поэтому исследователи в прямом смысле обратились к свету. Впрочем, использовать вместо электронов фотоны (световые частицы) не так просто. Для этого нужно либо конвертировать их обратно в понятный сегодняшним устройствам электронный сигнал (что снова приведёт к потере скорости), либо полностью менять компьютерную архитектуру для обработки и хранения информации в виде света.

Попытки создания фотонной памяти предпринимались и раньше, но результаты всегда были неопределёнными. Например, такие устройства требовали постоянного питания, в то время как современные жёсткие диски могут долго хранить информацию и без электричества.

Теперь международная команда исследователей из США, Германии и Англии представила первый энергонезависимый блок памяти, основанный исключительно на фотонах. В своей работе учёные использовали стеклообразный сплав германия, теллура и сурьмы (GST), который применяется в перезаписываемых CD и DVD-дисках. Этот полупроводник под действием электрических или оптических импульсов может переключаться между двумя состояниями – аморфным, как стекло, и кристаллическим, как металл.

"Эти два состояния имеют очень разные физические свойства, – объясняет в пресс-релизе Хариш Бхаскаран (Harish Bhaskaran) из Оксфордского университета. – Это означает, что вы можете кодировать информацию в состоянии материала".

Инженеры поместили крошечные пластинки GST поверх тончайшего проводка из нитрида кремния, который отлично пропускает лазерный импульс. Проходя по нему, фотоны света взаимодействуют с полупроводником и продолжают своё путешествие к противоположному концу.

Мощный импульс лазера может расплавить пластинку, после чего материал переходит в аморфное состояние. В то же время менее интенсивный "выстрел" разогревает GST до температуры выше точки кристаллизации, но чуть ниже точки плавления — пластинка перейдёт в кристаллическое состояние. Таким образом пластинки кодируют "ноль" и "единицу" классического бинарного кода.

Система также позволяет считать записанную информацию, так как при слабом импульсе часть света проникает в полупроводник. При этом в зависимости от состояния материала пластинки задерживают разное количество фотонов, и учёные научились с высокой точностью измерять эти отличия и определять, в каком состоянии пребывает GST.

Кроме того, одновременно посылая через нитрид кремния свет с разной длиной волны, они могут одновременно записывать и считывать информацию. Теоретически по одному каналу можно в один момент отправить сотни световых импульсов с различной длиной волны, что открывает впечатляющую перспективу единовременной обработки тысяч бит информации.

Но и это ещё не всё. Авторы работы, опубликованной в издании Nature Photonics, утверждают, что регулируя интенсивность импульса можно изменять состояние только части пластинки, делая её одновременно аморфной и кристаллической в разных пропорциях.

Управляя источником света, можно легко задавать и считывать соотношение этих частей. Это открывает совершено новый мир вычислений, где вместо бинарного кода может быть использовано до десяти и более единиц шифра. Другими словами, в одном бите можно хранить в несколько раз больше информации, чем сегодня.

"Это совершенно новый вид функциональности при использовании существующих проверенных материалов, – говорит Бхаскаран. – Эти оптические биты могут быть записаны с частотой до одного гигагерца и обеспечивают огромную пропускную способность. Это своего рода ультрабыстрое хранение данных, которого так требуют современные вычислительные потребности".

Сейчас команда занята реализацией нескольких проектов, направленных на практическое использование инновационных разработок. В частности учёные работают над новым видом электронно-оптического соединения, которое позволит световой памяти напрямую взаимодействовать с остальными компонентами классической компьютерной системы.


Источник: Вести. Наука




Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Яблоки на Луне
Яблоки на Луне

Приглашение на вебинар «Комбинация АСМ и оптических методик: новые достижения и приложения»
НТ-МДТ Спектрум Инструментс приглашает Вас принять участие в бесплатном вебинаре «Комбинация АСМ и оптических методик: новые достижения и приложения»

Наносистемы: физика, химия, математика (2019, том 10, № 1)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume10/10-1
Там же можно скачать номер журнала целиком.

XXI Менделеевский съезд по общей и прикладной химии,
Уважаемые коллеги! Приглашаем вас принять участие в работе XXI Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, который состоится с 9 по 13 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге и станет одним из основных мероприятий Международного года Периодической таблицы химических элементов, провозглашённого ООН в декабре 2017 г.
Проводится под эгидой Международного союза по теоретической и прикладной химии (IUPAC).

Микроэлементарно, Ватсон: как микроэлементы действуют на организм
Алексей Тиньков
Как на нас воздействуют кадмий, ртуть, цинк, медь и другие элементы таблицы Менделеева рассказал сотрудник кафедры медицинской элементологии РУДН Алексей Тиньков в интервью Indicator.Ru

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

Самые необычные таблицы Менделеева на выставке Международного года Периодической таблицы химических элементов

6-8 февраля в Российской академии наук состоялось торжественное открытие Международного года периодической таблицы химических элементов в России и приуроченная к этому масштабная интерактивная выставка

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.