Fotonička budućnost u računarstvu: Brže, efikasnije i izdržljivije memorije

Foto: Shutterstock/NeoLeo

Naučnici sa Univerziteta u Pitsburgu, Kaliforniji, Kaljariju i Tokijskog Instituta za Nauku postigli su proboj u razvoju fotoničkog memorijskog sistema koji bi mogao dovesti do revolucije u načinu na koji će računari raditi. Ova tehnologija koristi magneto-optičke materijale za stvaranje memorijskih rešenja koja kombinuju visoku brzinu, nisku potrošnju energije i izdržljivost, piše SciTech Daily.

Ovi materijali, poznati decenijama, sada dobijaju novo značenje, objašnjava Nejtan Jangblad, docent na Univerzitetu u Pitsburgu.

Preporučujemo

- Materijali koje koristimo u razvoju ovih ćelija dostupni su već decenijama. Međutim, do sada su uglavnom korišćeni za statičke optičke primene, kao što su integrisani izolatori, a ne kao platforma za fotoničku memoriju visoke performanse – navodi Jungblad.

Do sada je problem u razvoju fotoničkih memorija bio taj što je unapređenje jedne karakteristike (npr. brzine) često podrazumevalo smanjenje efikasnosti u drugim aspektima (npr. energetskoj potrošnji). Međutim, međunarodni tim je razvio tehnologiju koja kombinuje sve poželjne karakteristike na jednoj platformi: nevolatilnost (svojstvo pojedinih tipova memorije koje zadržavaju podatke čak i kada nema napajanja), višebitno skladištenje, visok stepen prebacivanja, nisku energetsku potrošnju i visoku izdržljivost.

U istraživanju objavljenom u časopisu Nature Photonics, prikazana je inovacija koja omogućava bolju izdržljivost od drugih nevolatilnih tehnologija, sa zapanjujućih 2,4 milijarde ciklusa prebacivanja i brzinom od nekoliko nanosekundi. Ova tehnologija koristi rezonancu i magneto-optičke efekte da bi ostvarila računarstvo u memoriji, gde se brzina svetlosti kontroliše u zavisnosti od smera njenog kretanja.

Umesto klasičnog pristupa, gde optička obrada uključuje množenje ulaznog vektora sa matricom fiksnih težina, ova metoda omogućava kodiranje težina na čipu pomoću magneto-optičkih memorijskih ćelija. Jangblad i njegov tim su kombinovali cerijum-zamenjen gvozdni granat (Ce:YIG) sa silicijumskim mikro-prstenastim rezonatorima, čime je omogućeno dvostrano usmeravanje svetlosti.

- To je kao da vetar duva protiv jednog trkača, dok drugom pomaže da trči brže. Primenom magnetnog polja na memorijske ćelije, možemo kontrolisati brzinu svetlosti različito u zavisnosti od toga da li svetlost teče u smeru kazaljke na satu ili suprotno - objašnjava Paolo Pintus, koji je predvodio eksperimentalni rad na Univerzitetu u Kaliforniji.

Prednosti ovih memorijskih ćelija daleko prevazilaze druge nevolatilne pristupe, uključujući besprekornu integraciju u savremene CMOS sisteme, što ih čini kompatibilnim sa današnjim tehnologijama. - Ovo otkriće je ključna tehnologija za bržu, efikasniju i skalabilnu arhitekturu optičkog računara koja može biti direktno programirana CMOS-om, što znači da se može integrisati u današnju računalnu tehnologiju - dodaje Jangblad.

Očekivanja su da će se ova tehnologija, sa izuzetnom izdržljivošću i brzinom, koristiti u širokom spektru računarskih aplikacija, od veštačke inteligencije do visokog performansnog računanja. Zanimljivo je da ovaj sistem omogućava potencijal za beskonačne cikluse čitanja i pisanja pri brzini ispod nanosekunde.

Tim trenutno radi na povećanju broja memorijskih ćelija kako bi stvorio veliki memorijski niz, koji može podržati dodatne podatke. - Verujemo i da bi budući napreci ove tehnologije mogli koristiti različite efekte za poboljšanje efikasnosti prebacivanja - objašnjava Juja Šodži sa Tokijskog Instituta za Nauku, dodajući da nove tehnike izrade i materijali mogu dodatno unaprediti mogućnosti ove revolucionarne arhitekture.

Novi metod fotoničkog memorijskog računanja predstavlja važan korak ka ostvarivanju sna o optičkom računarstvu. Kroz kombinaciju magneto-optičkih materijala, rezonantne arhitekture i CMOS kompatibilnosti, ovaj proboj otvara vrata novoj eri računarske tehnologije, gde brzina svetlosti i energetska efikasnost postaju standard.

(Telegraf Nauka / SciTech Daily)