23 ژانویه 2025 -توسط Optica-این نوع جدید از واحد حافظه نوری، به نام چفت فوتونیک قابل برنامه ریزی، سریع و مقیاس پذیر است. این می تواند یک راه حل فوتونیک سیلیکونی با سرعت بالا برای حافظه فرار ارائه دهد. اعتبار: فرشید آشتیانی، آزمایشگاه نوکیا بل
محققان نوع جدیدی از حافظه نوری به نام قفل فوتونیک قابل برنامه ریزی را توسعه داده اند که سریع و مقیاس پذیر است. این واحد حافظه اساسی ذخیره‌سازی موقت داده‌ها را در سیستم‌های پردازش نوری امکان‌پذیر می‌کند و راه‌حلی با سرعت بالا برای حافظه فرار با استفاده از فوتونیک سیلیکونی ارائه می‌دهد.
چفت فوتونیک یکپارچه جدید از قفل تنظیم مجدد مدل شده است، یک دستگاه حافظه اصلی که در دستگاه های الکترونیکی برای ذخیره یک بیت با جابجایی بین حالت های تنظیم (1) و تنظیم مجدد (0) بر اساس ورودی ها استفاده می شود.
فرشید آشتیانی، نویسنده این مطالعه از آزمایشگاه‌های نوکیا بل، گفت: «در حالی که ارتباطات نوری و محاسبات در دهه‌های گذشته پیشرفت چشمگیری داشته است، ذخیره‌سازی داده‌ها عمدتاً با استفاده از حافظه الکترونیکی اجرا شده است.
داشتن یک حافظه نوری سریع که می تواند با سیستم های پردازش نوری و همچنین سایر سیستم های نوری مورد استفاده در ارتباطات یا سنجش استفاده شود، آنها را از نظر انرژی و توان عملیاتی کارآمدتر می کند.
در مقاله‌ای با عنوان «حافظه فوتونیک قابل برنامه‌ریزی» در Optics Express، محققان یک آزمایش اثبات مفهوم را توصیف کردند که در آن چفت فوتونی را با استفاده از یک پلت فرم فوتونیک سیلیکونی قابل برنامه‌ریزی نشان دادند. ویژگی هایی مانند تنظیم و تنظیم مجدد نوری، خروجی های مکمل، مقیاس پذیری و سازگاری با مالتی پلکسی تقسیم طول موج (WDM) این رویکرد را برای سیستم های پردازش نوری سریع تر و کارآمدتر امیدوار می کند.
آشتیانی گفت: «مدل‌های زبان بزرگ مانند ChatGPT بر مقادیر عظیمی از عملیات ساده ریاضی مانند ضرب و جمع تکیه می‌کنند که به صورت تکراری برای یادگیری و تولید پاسخ انجام می‌شوند.»
“فناوری حافظه ما می‌تواند داده‌ها را برای چنین سیستم‌هایی با سرعت‌های بالا ذخیره و بازیابی کند، و عملیات بسیار سریع‌تری را ممکن می‌سازد. در حالی که یک کامپیوتر نوری تجاری هنوز یک هدف دور است، فناوری حافظه نوری پرسرعت ما گامی به سوی این آینده است.”
فن‌آوری‌های نوری در پیشرفت سیستم‌های ارتباطی، از انتقال داده در مسافت طولانی و اتصال به مرکز داده تا فناوری‌های نوظهور مانند اتصالات نوری و محاسبات، مؤثر بوده‌اند. با این حال، ذخیره سازی داده ها به دلیل مقیاس پذیری، فشرده بودن و مقرون به صرفه بودن، عمدتاً الکترونیکی است.این چالش‌هایی را برای سیستم‌های پردازش نوری ایجاد می‌کند، زیرا انتقال داده‌های نوری به حافظه الکترونیکی – و برگشت – مصرف انرژی را افزایش می‌دهد و تاخیر ایجاد می‌کند.
اگرچه تحقیقات گسترده ای در زمینه حافظه نوری انجام شده است، اکثر پیاده سازی ها به تنظیمات حجیم، پرهزینه و پر انرژی یا مواد تخصصی که معمولاً در فرآیندهای فوتونیک سیلیکونی در دسترس تجاری ارائه نمی شوند، متکی هستند، که منجر به هزینه های بالاتر و بازده کمتر می شود.
برای غلبه بر این چالش ها، محققان یک چفت فوتونیک قابل برنامه ریزی یکپارچه بر اساس گیت های منطق جهانی نوری با استفاده از مدولاتورهای میکرو حلقه فوتونی سیلیکونی ایجاد کردند. این دستگاه‌ها را می‌توان در فرآیندهای ساخت تراشه‌های فوتونیک سیلیکونی موجود در بازار پیاده‌سازی کرد. آنها دو گیت منطقی نوری جهانی را برای ایجاد یک چفت نوری که می تواند داده های نوری را نگه دارد، ترکیب کردند.
آشتیانی می گوید که یکی از مزیت های کلیدی سیستم جدید مقیاس پذیری آن است. وی گفت: از آنجایی که هر واحد حافظه دارای یک منبع نور ورودی مستقل است، این امکان وجود دارد که چندین واحد حافظه به طور مستقل بدون تأثیر بر یکدیگر از طریق انتشار تلفات نوری کار کنند.واحدهای حافظه همچنین می توانند با سیستم های فوتونیک سیلیکونی موجود طراحی شوند و به طور قابل اعتماد و با بازده بسیار بالا ساخته شوند.
مزیت دیگر انتخاب طول موج واحد حافظه فوتونیکی است که به آن اجازه می دهد تا به طور یکپارچه با WDM کار کند. این به این دلیل است که مدولاتورهای میکرو حلقه این واحد برای عملکرد در طول موج های خاص طراحی شده اند و امکان ذخیره سازی داده های چند بیتی را در یک واحد حافظه واحد فراهم می کنند.
علاوه بر این، زمان پاسخگویی سریع حافظه را که در ده ها پیکوثانیه اندازه گیری می شود، فعال می کند، از سرعت ساعت سیستم های دیجیتال پیشرفته پیشی می گیرد و از ذخیره سازی داده های نوری با سرعت بالا پشتیبانی می کند.
برای نشان دادن این رویکرد به حافظه نوری قبل از ساخت تراشه های اختصاصی، محققان از یک پلت فرم فوتونیک قابل برنامه ریزی برای پیاده سازی گیت های منطقی جهانی و چفت نوری از طریق آزمایش ها و شبیه سازی های واقعی استفاده کردند.
محققان گیت ها را تحت سناریوهای ورودی مختلف آزمایش کردند. حتی در حضور تغییرات تصادفی، گیت ها به طور قابل اعتماد خروجی های مورد نظر را تولید می کردند. به طور مشابه، چفت تمام عملکردها (تنظیم، بازنشانی، نگه داشتن) را در حضور تغییرات برق ورودی به دقت انجام می‌دهد.
در مرحله بعد، محققان مایلند چندین جهت تحقیقاتی را دنبال کنند تا واحدهای حافظه جدید را کاربردی تر کنند. این شرکت این فناوری را به تعداد بیشتری از واحدهای حافظه تبدیل می کند و تراشه های حافظه فوتونی اختصاصی را می سازد.
این، همراه با سازگاری WDM، تراکم حافظه فوتونیکی روی تراشه بالاتر را ممکن می کند. آنها همچنین می‌خواهند راهی برای استفاده از یک فرآیند تولید واحد برای ادغام مدار حافظه فوتونیکی و الکترونیک مورد نیاز برای کنترل آن ایجاد کنند.
