纯光型非易失性存储器为打造更快更高效的计算机铺平道路

来自卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）和明斯特（Münster）、牛津（Oxford）、埃克塞特（Exeter）大学的研究人员，已经打造出了一款全新的非易失性光存储器。这项成果借助了创新的相变材料来储存信息，由于突破了现有的光电信号互转的瓶颈，因此新设备能够显著提升处理速度。未来某一天，光学微处理器或成为量子计算机系统的基础，在实际应用中实现高速高效的光信息交换。



显然，为了让这种效率称为现实，就必须用纯光学通路的信息存储和交互来避免“冯·诺依曼瓶颈”——在当前的计算机体系中，设备将大多数时间都耗费在了在存储设备和中央处理器之间来回搬动数据这件事上。为了克服这一难关， 研究人员们首次打造出了永久式的纯光存储器。牛津大学Harish Bhaskaran教授说到：“这种存储器不仅兼容传统光纤数据传输，也支持最新的处理器”。


研究人员指出，新式存储器可以在断电情况下，将数据保持数十年。设备的核心是相变材料，根据原子排布的不同，它就可以改变自身的光学性质。在本次研究中，团队使用了非晶态合金GST*（Ge2Sb2Te5），它可以在常规的水晶态和非晶态之间进行转换——在纳米（十亿分之一米）尺度上，它可以在多层存储器上容纳大量比特（bits）的信息、甚至以多重状态进行存储（并非简单的二进制0或1）或在存储器之中执行自动方程——所花的时间却都非常之短。


带领这支团队的卡尔斯鲁厄理工学院教授Wolfram Pernice表示：“光学比特能够以GHz的频率写入，因此全光学内存数据存储的速度可以极快”。存储数据的时候，内存材料会通过超短光脉冲从晶体变为非晶态。擦除数据的时候，该材料又会通过相同的光脉冲从非晶态变回晶态。从已存储区域读取数据的时候，也只需一系列微弱的光脉冲。


研究人员认为，结合全光学连接和纯光学片上存储设备，未来有一天将大大提高计算机的性能，同时降低光电信号互转时所消耗的能源。这项研究已经发表在近期出版的《自然光子学》（Nature Photonics）杂志上。

受益匪浅