新型光存儲器將提高處理速度和效率！

研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新型的光存儲器，稱為可編程光子鎖存器，它快速且可擴展。這種基本存儲單元可以在光學處理系統(tǒng)中實現(xiàn)臨時數(shù)據(jù)存儲，為使用硅光子學的易失性存儲器提供高速解決方案。

新的集成光子鎖存器是在set-reset鎖存器的基礎上建模的，set-reset鎖存器是電子設備中使用的一種基本存儲設備，通過根據(jù)輸入在set(1)和reset(0)狀態(tài)之間切換來存儲單個比特。

該研究的作者、諾基亞貝爾實驗室的Farshid Ashtiani說：“雖然光通信和計算在過去幾十年里取得了重大進展，但數(shù)據(jù)存儲主要是通過電子存儲器實現(xiàn)的。擁有可用于光學處理系統(tǒng)的快速光存儲器，以及用于通信或傳感的其他光學系統(tǒng)，將使它們在能量和吞吐量方面更加高效?！?/span>

在《光學快報》雜志上，研究人員描述了一個概念驗證實驗，他們使用可編程硅光子平臺展示了光子鎖存器。光學設置和復位、互補輸出、可擴展性和與波分復用的兼容性等特性使這種方法有望實現(xiàn)更快、更高效的光學處理系統(tǒng)。

Ashtiani說：“像ChatGPT這樣的大型語言模型依賴于大量簡單的數(shù)學運算，比如乘法和加法，通過迭代來學習和生成答案。我們的存儲技術可以為這樣的系統(tǒng)高速存儲和檢索數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)更快的操作。雖然商用光學計算機仍然是一個遙遠的目標，但我們的高速光學存儲技術是邁向未來的一步?！?/span>

集成光存儲器的發(fā)展

從長途數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)中心連接到光互連和計算等新興技術，光學技術在推進通信系統(tǒng)方面發(fā)揮了重要作用。然而，由于其可擴展性、緊湊性和成本效益，數(shù)據(jù)存儲仍然主要是電子的。這對光學處理系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)，因為將光學數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娮哟鎯ζ鞑⒎祷貢黾幽芰肯牟⒁胙舆t。

盡管在光存儲器領域已經(jīng)有了廣泛的研究，但大多數(shù)實現(xiàn)依賴于笨重、昂貴和能源密集型的裝置或?qū)Ｓ貌牧?，在商業(yè)上可用的硅光子工藝中通常不提供這些材料，導致成本更高，良率低。

為了克服這些挑戰(zhàn)，研究人員使用硅光子微環(huán)調(diào)制器創(chuàng)建了基于光學通用邏輯門的集成可編程光子鎖存器。這些器件可以在商用硅光子芯片制造工藝中實現(xiàn)。他們將兩個光學通用邏輯門組合在一起，創(chuàng)造了一個可以保存光學數(shù)據(jù)的光學鎖存器。

創(chuàng)建可擴展且快速的內(nèi)存

Ashtiani表示，新系統(tǒng)的一個關鍵優(yōu)勢是其可擴展性。他說：“因為每個存儲單元都有一個獨立的輸入光源，所以可以讓幾個存儲單元獨立工作，而不會因為光功率損耗傳播而相互影響。存儲單元也可以與現(xiàn)有的硅光子系統(tǒng)共同設計，并且構建可靠且良率高。”

另一個優(yōu)點是光子存儲單元的波長選擇性，這使得它可以與波分復用無縫地工作。因為該單元的微環(huán)調(diào)制器被設計為在特定波長下工作，從而可以在單個存儲單元內(nèi)存儲多位數(shù)據(jù)。此外，它可以實現(xiàn)快速的內(nèi)存響應時間，以幾十皮秒為單位測量，超過先進數(shù)字系統(tǒng)的時鐘速度，并支持高速光學數(shù)據(jù)存儲。

為了在制造專用芯片之前演示這種光存儲器方法，研究人員使用可編程光子平臺通過實驗和現(xiàn)實模擬實現(xiàn)了通用邏輯門和光鎖存。

研究人員在不同的輸入場景下測試了這些門。即使在存在隨機變化的情況下，也可靠地產(chǎn)生所需的輸出。同樣，鎖存器也在輸入功率變化的情況下準確地執(zhí)行所有功能-設置，復位，保持。

接下來，研究人員將繼續(xù)研究幾個方向，使新的存儲單元更加實用。這包括將該技術擴展到更大數(shù)量的存儲單元和制造專用光子存儲芯片。與波分復用兼容相結合，將實現(xiàn)更高的片上光子存儲器密度。他們還想開發(fā)一種方法，使用單一的制造工藝來集成光子存儲電路和控制它所需的電子設備。