Новая оптическая память поможет "расширить" узкие места современных коммуникаций и Интернета

Биты данных, "путешествующие" от одного узла Интернета к другому, на пути своего следования много раз подвергаются трансформации. Для передачи по оптоволоконному кабелю их преобразуют в импульсы лазерного света, а для обработки и передачи через электрические проводники их превращают в импульсы электрического тока. Естественно, преобразование информации из одного вида в другой занимает некоторое время и требует расхода дополнительного количества энергии. Выходом из этой ситуации является использование оптических вычислительных устройств и маршрутизаторов, многие ученые уже пытались разработать подобные устройства, но их разработки всегда тормозились отсутствием качественного и надежного оптического устройства хранения информации. Совсем недавно японские исследователи разработали новое устройство оптической памяти, которое, как они надеются, проложит путь к развитию более скоростных коммуникаций и Интернета.

Исследователи группы Photonic Nanostructure Research Group, являющейся подразделением японской телекоммуникационной компании NTT, работали над разработкой подобного устройства уже много лет. Несмотря на некоторые положительные результаты, предыдущие устройства оптической памяти были достаточно велики, потребляли слишком много энергии и хранили данные весьма короткое время, что делало невозможным их практическое применение. Ячейки новых чипов памяти, созданные учеными, потребляют в сумме около 30 нановатт энергии, их размеры в 300 раз меньше размеров чипов предыдущего поколения. Но самое главное это то, что новые ячейки оптической памяти способны хранить данные в течение 10 секунд, это намного дольше, чем результаты предыдущих чипов, которые могли хранить данные без искажений в течение 250 наносекунд. "Достигнутого значения времени хранения информации уже вполне достаточно для того, что бы произвести любую обработку этой информации" - заявил Масая Нотоми (Masaya Notomi), глава исследовательской группы.

Новое устройство, описание которого было опубликовано в журнале Nature Photonics, работает на основе оптических "отверстий", которые под воздействием внешнего фактора могут переключиться из прозрачного состояния в непрозрачное, что соответствует уровня логической 1 и 0. Чип новой оптической памяти состоит из тончайшей основы, подложки, из фосфида индия. В центре этой подложки расположена полоса фосфида арсенида-галлия, материала, обладающего оптическими свойствами, отличными от свойств материала подложки. Эта полоса имеет ширину около 300 нанометров и длину приблизительно четыре микрометра, именно она и является одной ячейкой памяти. В подложке из фосфида индия сделаны отверстия определенного диаметра, которые создают структуру, пропускающую свет только определенной длины волны. В середине полосы оставлен свободный промежуток, который играет роль основного световода.

Информация считывается и записывается с помощью луча лазера. Когда на материал ячейки попадает свет определенной длины волны, показатель преломления материала изменяется. В одном случае ячейка пропускает свет с другой длиной волны, в обратном случае - становится непрозрачной. Свет от дополнительного лазера используется для постоянной подсветки всех ячеек памяти на чипе и выполняет роль энергетической подкачки, позволяющей ячейкам хранить информацию длительное время.

Пока что исследователям из NTT удалось собрать первый чип памяти, содержащий всего четыре ячейки, т.е. способный хранить четыре бита данных. Но, как утверждает Масая Нотоми, совершенно ничего не мешает объединять на одном чипе многие миллионы ячеек, при этом расход энергии увеличится незначительно до уровня не более 30 милливатт. Сейчас ученые работают над интеграцией в структуру чипа новой памяти миниатюрных лазеров и оптических датчиков, что позволит получить законченное работоспособное устройство.

"Наша основная цель - разработка оптической памяти для сетевых маршутизаторов и серверов" - рассказывает Нотоми. - "На высоких скоростях обработка оптических сигналов будет более эффективна, чем обработка электрических сигналов. А позже мы попытаемся заменить новой оптической памятью обычную память RAM высокопроизводительных вычислительных систем".