Première puce de mémoire à base de lumière entièrement au monde pour stocker des données de façon permanente a été développée par des scientifiques matérielles à l'Université d'Oxford, en collaboration avec des scientifiques de Karlsruhe, Munster et Exeter. Le dispositif, qui utilise des matériaux utilisés dans les CD et DVD, pourrait aider à améliorer considérablement la vitesse de l'informatique moderne.
Aujourd'hui, les ordinateurs sont freinés par la transmission relativement lente de données électroniques entre le processeur et la mémoire. «Il n'y a aucun point en utilisant des processeurs plus rapides si le facteur limitant est le mouvement alternatif de l'information va-et-de la mémoire - la soi-disant goulot d'étranglement von-Neumann, explique le professeur Harish Bhaskaran, qui a dirigé la recherche. «Mais nous pensons que l'aide de la lumière peut accélérer de manière significative cette place."
Il suffit de combler le fossé processeur-mémoire avec des photons est pas efficace, si, en raison de la nécessité de les convertir en signaux électroniques à chaque extrémité. Au lieu de cela, la mémoire et des capacités de traitement auraient besoin être trop à base de lumière. Les chercheurs ont essayé de créer ce type de mémoire photonique avant, mais les résultats ont toujours été volatiles, nécessitant de la puissance afin de stocker des données. Pour de nombreuses applications - tels que les lecteurs de disque de l'ordinateur - il est essentiel d'être en mesure de stocker les données indéfiniment, avec ou sans alimentation.
Maintenant, une équipe internationale de chercheurs, dont des chercheurs du Département des Matériaux de l'Université d'Oxford a produit puce de mémoire non volatile premier tout-photonique au monde. Le nouveau dispositif utilise le matériau à changement de phase Ge2Sb2Te5 (TPS) - le même que celui utilisé pour les CD et les DVD réinscriptibles - pour stocker des données. Ce matériau peut être faite à assumer un état amorphe, comme le verre, ou d'un état cristallin, comme un métal, soit en utilisant des impulsions électriques ou optiques. Dans un article publié dans Nature Photonics, les chercheurs décrivent le dispositif qu'ils ont créé, qui utilise une petite section de la TPS sur sommet d'une crête de nitrure de silicium, connu comme un guide d'ondes, pour transporter la lumière.
L'équipe a montré que des impulsions intenses de lumière envoyée à travers le guide d'ondes peuvent changer attentivement l'état de la TPS. Une impulsion intense fait fondre momentanément et refroidir rapidement, l'amenant à assumer une structure amorphe; une impulsion légèrement moins intense peut mettre dans un état cristallin.
Plus tard, lorsque la lumière avec une intensité beaucoup plus faible est envoyé à travers le guide d'ondes, la différence dans l'état de la TPS affecte la quantité de lumière est transmise. L'équipe peut mesurer cette différence pour identifier son état - et à son tour lire la présence d'informations dans le dispositif comme un 1 ou 0. «Ceci est le premier dispositif de mémoire optique intégré jamais véritablement non-volatile à être créé», explique Clarendon Scholar et DPhil étudiant Carlos Ríos, l'un des deux principaux auteurs du papier. «Et nous avons réalisé à l'aide de matériaux établis qui sont connus pour leur conservation des données à long terme - TPS demeure dans l'état où il est placé dans des décennies.»
En envoyant différentes longueurs d'onde de la lumière à travers le guide d'ondes en même temps - une technique appelée multiplexage de longueur d'onde - l'équipe a également montré qu'ils pouvaient utiliser une seule impulsion pour écrire et lire à la mémoire en même temps. «En théorie, cela signifie que nous pourrions lire et à écrire à des milliers de bits à la fois, offrant une bande passante quasi illimitée, explique le professeur Wolfram Pernice de l'Université de Munster.
Les chercheurs ont également constaté que les différentes intensités des impulsions fortes peuvent avec précision et de façon répétée créer différents mélanges de structure amorphe et cristalline au sein de la TPS. Lorsque des impulsions de faible intensité ont été envoyés à travers le guide d'ondes à lire le contenu de l'appareil, ils ont également été en mesure de détecter les différences subtiles dans la lumière transmise, leur permettant d'écrire de manière fiable et lues sur huit niveaux différents de la composition de l'État - de tout cristallin complètement amorphe. Cette capacité multi-État pourrait fournir des unités de mémoire de plus de l'information binaire habituel de 0 et 1, permet à un seul bits de mémoire pour stocker plusieurs États ou même effectuer des calculs eux-mêmes au lieu d'au niveau du processeur.
«Ceci est un tout nouveau type de fonctionnalité en utilisant des matériaux existants éprouvées, explique le professeur Bhaskaran. 'Ces mèches optiques peuvent être écrites avec des fréquences allant jusqu'à un gigahertz et pourraient fournir d'énormes bandes passantes. Ceci est le type de stockage de données ultra-rapide que les besoins informatiques modernes '.
Maintenant, l'équipe travaille sur un certain nombre de projets qui visent à faire usage de la nouvelle technologie. Ils sont particulièrement intéressés à développer un nouveau type de électro-optique d'interconnexion, ce qui permettra aux puces de mémoire pour interfacer directement avec les autres composants utilisant la lumière, plutôt que de signaux électriques.