Los investigadores han demostrado una nueva técnica que puede almacenar más datos ópticos en un espacio más pequeño de lo que antes era posible en un chip. Esta técnica mejora la celda de memoria óptica de cambio de fase, que usa la luz para escribir y leer datos, y podría ofrecer una una forma de memoria más eficiente en el consumo de energía para las computadoras.

En Optica , La revista de la Optical Society para la investigación de alto impacto, investigadores de las universidades de Oxford, Exeter y Münster describen su nueva técnica para el almacenamiento de datos totalmente óptico, lo que podría ayudar a satisfacer la creciente necesidad de más almacenamiento de datos informáticos.

En lugar de utilizar señales eléctricas para almacenar datos en uno de dos estados, cero o uno, como las computadoras actuales, la celda de memoria óptica usa luz para almacenar información. Los investigadores demostraron memoria óptica con más de 32 estados, o niveles, el equivalente a 5 bits. Este es un paso importante hacia una computadora totalmente óptica, un objetivo a largo plazo de muchos grupos de investigación en este campo.

"Las fibras ópticas llevan datos codificados por luz a nuestros hogares y oficinas, pero esa información se transforma en señales electrónicas una vez dentro de las computadoras, ", dijo el líder del equipo de investigación Harish Bhaskaran de Oxford." Al llevar la velocidad de la transmisión de datos basada en la luz a las placas de circuitos que ejecutan computadoras, nuestra memoria totalmente óptica podría habilitar un chip de computadora híbrido que interactúa con datos tanto óptica como eléctricamente ".

El nuevo trabajo es parte de un gran proyecto llamado Fun-COMP, para la tecnología de Computación a escala funcional, que reúne a socios académicos e industriales para desarrollar tecnologías de hardware innovadoras.

Escribiendo datos con luz

La celda de memoria óptica usa luz para codificar información en un material de cambio de fase, una clase de materiales utilizados para hacer CD y DVD regrabables. Un láser calienta partes de un material de cambio de fase, lo que hace que cambie entre estados en los que todos los átomos están ordenados o desordenados. Debido a que estos dos estados exhiben diferentes índices ópticos de refracción, los datos se pueden leer con luz.

Los materiales de cambio de fase pueden almacenar datos durante mucho tiempo porque permanecen en el estado desordenado u ordenado hasta que se iluminan nuevamente con el tipo específico de luz láser que se usó originalmente para escribir los datos. Mezclar diferentes proporciones de estados ordenados y desordenados en un área del material permite que la información se almacene en un continuo de niveles en lugar de solo un cero y uno como en la memoria electrónica tradicional.

"Aunque nuestro equipo ha utilizado anteriormente este enfoque para la memoria óptica, ahora hemos podido ampliar los límites de resolución de esta celda de memoria almacenando una mayor cantidad de estados intermedios entre cero y uno, "dijo Nathan Youngblood, miembro del equipo de investigación. "Esto nos permitió almacenar información en 34 niveles, mientras que anteriormente solo se podían lograr 10 ".

Los investigadores lograron el aumento de resolución mediante el uso de una nueva técnica que desarrollaron que utiliza luz láser con un solo, pulso de doble paso (dos pulsos unidos en un pulso de forma rectangular) para controlar con precisión la fusión y la cristalización del material.

"En lugar de calentar el material con un solo pulso láser, damos forma al pulso de una manera que nos permite controlar la temperatura del material a lo largo del tiempo, "dijo Xuan Li, el primer autor del artículo. "Esto proporciona la capacidad de ajustar la forma en que el material interactúa con la luz y el estado que alcanzará después del calentamiento. También acelera enormemente el proceso de escritura porque podemos cambiar el estado del material con un solo pulso de láser en lugar de los cientos o miles de pulsos. requerido previamente. "

Almacenamiento de memoria de varios niveles

En el papel, los investigadores demostraron que podían usar su enfoque para codificar datos de manera confiable en 34 niveles, que es más de los 32 niveles necesarios para lograr una programación de 5 bits. "Este logro requirió comprender perfectamente la interacción entre la luz y el material y luego enviar exactamente el tipo correcto de pulso láser necesario para alcanzar cada nivel, ", dijo Bhaskaran." Resolvimos un problema extraordinariamente difícil ".

La nueva técnica podría ayudar a superar uno de los cuellos de botella que limitan la velocidad de las computadoras actuales:el vínculo entre el procesador y la memoria. "Se ha trabajado mucho para mejorar la comunicación entre estas dos unidades mediante fibra óptica, "dijo Bhaskaran." Sin embargo, Unir ópticamente estas dos unidades todavía requiere costosas conversiones electroópticas en ambos extremos. Nuestra celda de memoria podría usarse en una configuración híbrida óptico-eléctrica para eliminar la necesidad de esa conversión en el lado de la memoria al permitir que los datos se almacenen y recuperen ópticamente ".

A continuación, los investigadores quieren integrar múltiples celdas de memoria y programarlas individualmente, que sería necesario para hacer un chip de memoria funcional para una computadora. Los grupos de investigación han estado trabajando en estrecha colaboración con Oxford University Innovation, el brazo de Innovación de la Universidad, para desarrollar oportunidades comerciales derivadas de su investigación sobre células de memoria fotónica. Los investigadores dicen que ya pueden replicar los dispositivos extremadamente bien, pero necesitarán desarrollar técnicas de procesamiento de señales de luz para integrar múltiples celdas de memoria óptica.