Нова оптична пам'ять допоможе "розширити" вузькі місця сучасних комунікацій та Інтернету.
Біти даних, "мандрують" від одного вузла Інтернету до іншого, на шляху свого проходження багато разів піддаються трансформації. Для передачі по оптоволоконному кабелю їх перетворюють в імпульси лазерного світла, а для обробки і передачі через електричні провідники їх перетворюють в імпульси електричного струму. Природно, перетворення інформації з одного виду в інший займає деякий час і вимагає витрати додаткової кількості енергії. Виходом з цієї ситуації є використання оптичних обчислювальних пристроїв і маршрутизаторів, багато вчені вже намагалися розробити подібні пристрої, але їх розробки завжди гальмувалися відсутністю якісного і надійного оптичного пристрою зберігання інформації. Зовсім нещодавно японські дослідники розробили новий пристрій оптичної пам'яті, яка, як вони сподіваються, прокладе шлях до розвитку більш швидкісних комунікацій і Інтернету.
Дослідники групи Photonic Nanostructure Research Group, яка є підрозділом японської телекомунікаційної компанії NTT, працювали над розробкою подібного пристрою вже багато років. Незважаючи на деякі позитивні результати, попередні пристрої оптичної пам'яті були досить великі, споживали надто багато енергії і зберігали дані дуже короткий час, що унеможливлювало їх практичне застосування. Осередки нових чіпів пам'яті, створені вченими, споживають в сумі близько 30 нановат енергії, їх розміри в 300 разів менше розмірів чіпів попереднього покоління. Але найголовніше це те, що нові осередки оптичної пам'яті здатні зберігати дані протягом 10 секунд, це набагато довше, ніж результати попередніх чіпів, які могли зберігати дані без спотворень протягом 250 наносекунд. "Досягнутого значення часу зберігання інформації вже цілком достатньо для того, що б зробити будь-яку обробку цієї інформації", - заявив Масая Нотоми (Masaya Notomi), голова дослідницької групи.
Новий пристрій, опис якого було опубліковано в журналі Nature Photonics, працює на основі оптичних "отворів", які під впливом зовнішнього фактора можуть переключитися з прозорого стану в непрозоре, що відповідає рівня логічної 1 і 0. Чіп нової оптичної пам'яті складається з найтоншої основи, підкладки, з фосфіду індію. У центрі цієї підкладки розташована смуга фосфіду арсеніду-галію, матеріалу, що володіє оптичними властивостями, відмінними від властивостей матеріалу підкладки. Ця смуга має ширину близько 300 нанометрів і довжину приблизно чотири мікрометра, саме вона і є однією коміркою пам'яті. В підкладці з фосфіду індію зроблені отвори певного діаметру, які створюють структуру, пропускає світло тільки певної довжини хвилі. В середині смуги залишено вільний проміжок, який відіграє роль основного світловода.
Інформація зчитується та записується з допомогою променя лазера. Коли на матеріал вічка потрапляє світло певної довжини хвилі, показник заломлення матеріалу змінюється. В одному випадку осередок пропускає світло з іншою довжиною хвилі, у зворотному випадку - стає непрозорою. Світло від додаткового лазера використовується для постійного підсвічування всіх комірок пам'яті на чіпі і виконує роль енергетичної довантаження, що дозволяє осередкам зберігати інформацію тривалий час.
Поки що дослідникам з NTT вдалося зібрати перший чіп пам'яті, що містить всього чотири клітинки, тобто здатний зберігати чотири біта даних. Але, як стверджує Масая Нотоми, абсолютно нічого не заважає поєднувати на одному чіпі багато мільйонів комірок, при цьому витрата енергії збільшиться незначно до рівня не більше 30 мілліватт. Зараз вчені працюють над інтеграцією в структуру чіпа нової пам'яті мініатюрних лазерів і оптичних датчиків, що дозволить отримати закінчений пристрій працездатний.
"Наша основна мета - розробка оптичної пам'яті для мережевих маршутизаторов і серверів" - розповідає Нотоми. - "На високих швидкостях обробка оптичних сигналів буде більш ефективна, ніж обробка електричних сигналів. А пізніше ми спробуємо замінити новою оптичною пам'яттю звичайну пам'ять RAM високопродуктивних обчислювальних систем".