The first all-optical permanent on-

The first all-optical permanent on-chip memory has been developed by scientists of Karlsruhe Institute of Technology (KIT) and the universities of Münster, Oxford, and Exeter. This is an important step on the way towards optical computers. Phase change materials that change their optical properties depending on the arrangement of the atoms allow for the storage of several bits in a single cell. The researchers present their development in the journal Nature Photonics (10.1038/nphoton.2015.182).

Light determines the future of information and communication technology: With optical elements, computers can work more rapidly and more efficiently. Optical fibers have long since been used for the transmission of data with light. But on a computer, data are still processed and stored electronically. Electronic exchange of data between processors and the memory limits the speed of modern computers. To overcome this so-called von Neumann bottleneck, it is not sufficient to optically connect memory and processor, as the optical signals have to be converted into electric signals again. Scientists, hence, look for methods to carry out calculations and data storage in a purely optical manner.

Scientists of KIT, the University of Münster, Oxford University, and Exeter University have now developed the first all-optical, non-volatile on-chip memory. "Optical bits can be written at frequencies of up to a gigahertz. This allows for extremely quick data storage by our all-photonic memory," Professor Wolfram Pernice explains. Pernice headed a working group of the KIT Institute of Nanotechnology (INT) and recently moved to the University of Münster. "The memory is compatible not only with conventional optical fiber data transmission, but also with latest processors," Professor Harish Bhaskaran of Oxford University adds.

The new memory can store data for decades even when the power is removed. Its capacity to store many bits in a single cell of a billionth of a meter in size (multi-level memory) also is highly attractive. Instead of the usual information values of 0 and 1, several states can be stored in an element and even autonomous calculations can be made. This is due to so-called phase change materials, novel materials that change their optical properties depending on the arrangement of the atoms: Within shortest periods of time, they can change between crystalline (regular) and amorphous (irregular) states. For the memory, the scientists used the phase change material Ge2Sb2Te5 (GST). The change from crystalline to amorphous (storing data) and from amorphous to crystalline (erasing data) is initiated by ultrashort light pulses. For reading out the data, weak light pulses are used.

Permanent all-optical on-chip memories might considerably increase future performance of computers and reduce their energy consumption. Together with all-optical connections, they might reduce latencies. Energy-intensive conversion of optical signals into electronic signals and vice versa would no longer be required.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

แรกทั้งหมดแสงถาวรบนชิปหน่วยความจำที่ได้รับการพัฒนา โดยนักวิทยาศาสตร์ของคาร์ลส์รูเออสถาบันเทคโนโลยี (KIT) และมหาวิทยาลัย Münster ออกซ์ฟอร์ด และเอ็กเซเตอร์ ขั้นตอนสำคัญในวิธีการต่อคอมพิวเตอร์แสงอยู่ ระยะเปลี่ยนแปลงวัสดุที่เปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของแสงขึ้นอยู่กับการจัดเรียงของอะตอม ที่อนุญาตให้สำหรับเก็บข้อมูลของบิตต่าง ๆ ในเซลล์เดียว นักวิจัยนำการพัฒนาในรายธรรมชาติโฟตอนิกส์ (10.1038/nphoton.2015.182)แสงเป็นตัวกำหนดอนาคตของเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร: มีองค์ประกอบของแสง คอมพิวเตอร์สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ และรวดเร็วยิ่งขึ้น เส้นใยแสงได้นานถูกใช้สำหรับการส่งข้อมูลแสง แต่ในคอมพิวเตอร์ ข้อมูลจะยังคงประมวลผล และเก็บทางอิเล็กทรอนิกส์ แลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างโปรเซสเซอร์และหน่วยความจำจำกัดความเร็วของคอมพิวเตอร์ที่ทันสมัย จะเอาชนะนี้เรียกว่าฟอน Neumann ขวด จะไม่เพียงพอ optically เชื่อมต่อหน่วยความจำและหน่วยประมวลผล เป็นสัญญาณแสงต้องถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าอีก นักวิทยาศาสตร์ ดังนั้น มองหาวิธีการดำเนินการจัดเก็บข้อมูลและคำนวณในลักษณะแสงเพียงอย่างเดียวนักวิทยาศาสตร์ ของชุด มหาวิทยาลัย Münster มหาวิทยา ลัยออกซฟอร์ด เอ็กเซเตอร์มหาวิทยาลัยขณะนี้ได้พัฒนาแรก แสงทั้งหมด ไม่ระเหยบนชิปหน่วยความจำ "แสงบิตเขียนได้ที่ความถี่ขึ้นเป็นกิกะเฮิร์ตซ์นั้น นี้ช่วยให้สำหรับการจัดเก็บข้อมูลอย่างรวดเร็วมาก โดยหน่วยความจำของเราทั้งหมด photonic ศาสตราจารย์ Wolfram Pernice อธิบาย Pernice หัวหน้าคณะทำงาน KIT สถาบันของนาโน (INT) และล่าสุด ย้ายไปมหาวิทยาลัย Münster "หน่วยความจำเป็นไม่เท่ากับส่งข้อมูลขยะทั่วไป แต่ยังมีโปรเซสเซอร์ล่าสุด Harish Bhaskaran ศาสตราจารย์ของมหาวิทยาลัยออกซฟอร์ดเพิ่มหน่วยความจำใหม่สามารถเก็บข้อมูลมานานหลายทศวรรษแม้แต่เมื่อมีเอาอำนาจ ความจุเก็บหลายบิตในเซลล์เซลล์เดียวของ billionth ของเครื่องวัดขนาด (หน่วยความจำหลายระดับ) ยังได้น่าสนใจอย่างมาก ค่าปกติข้อมูล 0 และ 1 อเมริกาหลายสามารถถูกเก็บไว้ในองค์ประกอบ และสามารถทำการคำนวณได้อิสระ นี่คือเนื่องจากขั้นตอนที่เรียกว่าเปลี่ยนวัสดุ วัสดุนวนิยายที่เปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของแสงขึ้นอยู่กับการจัดเรียงของอะตอม: ภายในระยะเวลาสั้นที่สุด พวกเขาสามารถเปลี่ยนระหว่างผลึก (ปกติ) และอเมริกา (ผิดปกติ) ไปได้ สำหรับหน่วยความจำ ที่นักวิทยาศาสตร์ใช้ระยะเปลี่ยนวัสดุ Ge2Sb2Te5 (GST) การเปลี่ยนแปลง จากผลึกไป (เก็บข้อมูล) และ จากไปผลึก (ลบข้อมูล) จะเริ่มต้น โดยการกะพริบแสง ultrashort สำหรับการอ่านข้อมูล มีใช้พัลส์แสงอ่อนความทรงจำบนชิปถาวรแสงทั้งหมดอาจเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานในอนาคตของคอมพิวเตอร์มาก และลดการใช้พลังงานของพวกเขา พร้อมการเชื่อมต่อทั้งหมดแสง พวกเขาอาจลดเวลาแฝง พลังงานเร่งรัดแปลงสัญญาณแสงเป็นสัญญาณทางอิเล็กทรอนิกส์และในทางกลับกันจะไม่ต้องการ

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

เป็นครั้งแรกที่ทุกแสงถาวรหน่วยความจำบนชิปได้รับการพัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์ของคาร์ลส์สถาบันเทคโนโลยี (KIT) และมหาวิทยาลัยแห่งมอนสเตอร์ฟอร์ดและเอ๊กซีเตอร์ นี้เป็นขั้นตอนที่สำคัญในทางไปสู่เครื่องคอมพิวเตอร์ออปติคอล วัสดุเปลี่ยนเฟสที่มีการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางแสงของพวกเขาขึ้นอยู่กับการจัดเรียงอะตอมให้สำหรับการจัดเก็บของบิตในหลายเซลล์เดียว นักวิจัยได้นำเสนอการพัฒนาของพวกเขาในวารสาร Photonics ธรรมชาติ (10.1038 / nphoton.2015.182). แสงเป็นตัวกำหนดอนาคตของเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร: ด้วยองค์ประกอบแสงคอมพิวเตอร์สามารถทำงานได้มากขึ้นอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพมาก เส้นใยแสงมีความยาวได้นำมาใช้สำหรับการส่งข้อมูลที่มีแสง แต่บนเครื่องคอมพิวเตอร์ข้อมูลจะถูกประมวลผลและยังคงเก็บไว้อิเล็กทรอนิกส์ อิเล็กทรอนิกส์แลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างหน่วยประมวลผลและหน่วยความจำ จำกัด ความเร็วของเครื่องคอมพิวเตอร์ที่ทันสมัย ที่จะเอาชนะนี้ที่เรียกว่าคอขวด von Neumann ก็ไม่เพียงพอที่จะเชื่อมต่อหน่วยความจำสายตาและประมวลผลเป็นสัญญาณแสงจะต้องมีการแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าอีกครั้ง นักวิทยาศาสตร์จึงมองหาวิธีการที่จะดำเนินการคำนวณและการจัดเก็บข้อมูลในลักษณะที่แสงหมดจด. นักวิทยาศาสตร์ของ KIT มหาวิทยาลัยMünsterมหาวิทยาลัยฟอร์ดและมหาวิทยาลัยเอ็กซีเตอร์ได้ในขณะนี้ได้รับการพัฒนาเป็นครั้งแรกที่ทุกแสง, ไม่ระเหยบนชิป หน่วยความจำ "บิต Optical สามารถเขียนได้ที่ความถี่ของการขึ้นไปกิกะเฮิรตซ์. นี้จะช่วยให้การจัดเก็บข้อมูลได้อย่างรวดเร็วมากโดยหน่วยความจำทั้งหมดของเราโทนิค" ศาสตราจารย์วุลแฟรม Pernice อธิบาย Pernice หัวหน้าคณะทำงานของ KIT สถาบันนาโนเทคโนโลยี (INT) และเพิ่งย้ายไปที่มหาวิทยาลัยMünster "ความทรงจำที่เข้ากันได้ไม่เพียง แต่มีไฟเบอร์ออปติคอลธรรมดาส่งข้อมูล แต่ยังมีหน่วยประมวลผลล่าสุด" ศาสตราจารย์ Harish Bhaskaran มหาวิทยาลัยฟอร์ดเพิ่ม. หน่วยความจำใหม่ที่สามารถเก็บข้อมูลมานานหลายทศวรรษแม้ในขณะที่พลังงานจะถูกลบออก ความสามารถในการจัดเก็บบิตจำนวนมากในเซลล์เดียวของพันล้านเมตรในขนาด (หน่วยความจำหลายระดับ) ยังเป็นที่น่าสนใจอย่างมาก แทนค่าข้อมูลตามปกติของ 0 และ 1 หลายรัฐสามารถเก็บไว้ในองค์ประกอบและแม้กระทั่งการคำนวณอิสระสามารถทำ เพราะนี่คือขั้นตอนที่เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงวัสดุวัสดุนวนิยายที่มีการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางแสงของพวกเขาขึ้นอยู่กับการจัดเรียงของอะตอมที่: ระยะเวลาที่สั้นที่สุดภายในเวลาที่พวกเขาสามารถเปลี่ยนระหว่างผลึก (ปกติ) และอสัณฐาน (ผิดปกติ) รัฐ สำหรับหน่วยความจำนักวิทยาศาสตร์ที่ใช้วัสดุเปลี่ยนเฟส Ge2Sb2Te5 (GST) การเปลี่ยนแปลงจากผลึกจะสัณฐาน (การจัดเก็บข้อมูล) และจากการสัณฐานผลึก (ลบข้อมูล) จะเริ่มโดยพัแสงเกินขีด สำหรับการอ่านออกข้อมูลพัลส์ของแสงที่อ่อนแอจะถูกใช้. ถาวรทุกแสงความทรงจำบนชิปมากอาจจะเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานในอนาคตของคอมพิวเตอร์และลดการใช้พลังงานของพวกเขา ร่วมกับการเชื่อมต่อทุกแสงพวกเขาอาจจะลดเวลาแฝง การแปลงพลังงานของสัญญาณแสงเป็นสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์และในทางกลับกันจะได้ไม่ต้อง

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ครั้งแรก all-optical ถาวรบนหน่วยความจำได้ถูกพัฒนาขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ของ Karlsruhe Institute of Technology ( ชุด ) และมหาวิทยาลัย M ü nster , Oxford , เตอร์ นี้เป็นขั้นตอนสำคัญในวิธีต่อคอมพิวเตอร์เชิงแสง วัสดุเปลี่ยนเฟสที่เปลี่ยนแปลงของสมบัติทางแสงขึ้นอยู่กับการจัดเรียงของอะตอมที่อนุญาตให้สำหรับการจัดเก็บบิตหลายเซลล์เดียวนักวิจัยในปัจจุบันการพัฒนาของพวกเขาในวารสารเนเจอร์โฟโตนิกส์ ( 10.1038 / nphoton . 2015.182 )

แสงเป็นตัวกำหนดอนาคตของเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสารมีองค์ประกอบแสง คอมพิวเตอร์สามารถทำงานได้เร็วขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น เส้นใยแก้วนำแสงมีความยาวตั้งแต่ถูกใช้สำหรับการส่งข้อมูลด้วยแสง แต่บนคอมพิวเตอร์ข้อมูลยังประมวลผลและจัดเก็บทางอิเล็กทรอนิกส์ . การแลกเปลี่ยนอิเล็กทรอนิกส์ของข้อมูลระหว่างโปรเซสเซอร์และหน่วยความจำที่ จำกัด ความเร็วของคอมพิวเตอร์ที่ทันสมัย ที่จะเอาชนะนี้เรียกว่าฟอนนอยมันน์คอขวด มันไม่เพียงพอที่จะเชื่อมต่อกับหน่วยความจำ optically และประมวลผลเป็นสัญญาณแสงจะถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าอีกครั้ง นักวิทยาศาสตร์ , ดังนั้นค้นหาวิธีการที่จะดําเนินการคํานวณและเก็บข้อมูลในลักษณะที่หมดจดแสง

นักวิทยาศาสตร์ของชุด The University of M ü nster , Oxford University , มหาวิทยาลัยเอ็กซีเตอร์และขณะนี้ได้พัฒนาเป็น all-optical หน่วยความจำไม่ระเหยบน . " บิตที่ความถี่ของแสงสามารถเขียนถึงปัจจุบัน . นี้จะช่วยให้การจัดเก็บข้อมูลรวดเร็วมากโดยหน่วยความจำของเราโฟโตนิกส์ทั้งหมด ,แร่วุลแฟรมเพอร์นิส " อาจารย์อธิบาย เพอร์นิสเป็นหัวหน้าคณะทำงานในชุดสถาบันนาโนเทคโนโลยี ( int ) และเพิ่งย้ายไปอยู่มหาวิทยาลัย M ü nster ” หน่วยความจำเข้ากันได้ไม่เพียงกับการส่งผ่านข้อมูลใยแก้วนำแสง ธรรมดา แต่ยังมีโปรเซสเซอร์ใหม่ล่าสุด " ศาสตราจารย์ harish bhaskaran ของมหาวิทยาลัยอ๊อกซฟอร์ดเพิ่ม

ความทรงจำใหม่ที่สามารถเก็บข้อมูลมานานหลายทศวรรษ แม้ว่าพลังจะถูกเอาออก ขีดความสามารถในการจัดเก็บบิตมากในเซลล์เดียวในพันล้านของเมตร ( ขนาดหน่วยความจำหลายระดับ ) นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสนใจอย่างมาก แทนข้อมูลปกติค่า 0 และ 1 , หลายรัฐสามารถเก็บไว้ในองค์ประกอบและแม้แต่ในการคำนวณสามารถทํา ซึ่งเรียกว่าระยะเปลี่ยนวัสดุนวนิยายวัสดุที่เปลี่ยนแปลงของสมบัติทางแสงขึ้นอยู่กับการจัดเรียงของอะตอม : ภายในระยะเวลาที่สั้นที่สุดของเวลาที่พวกเขาสามารถเปลี่ยนระหว่างผลึก ( ปกติ ) และอสัณฐาน ( ผิดปกติ ) สหรัฐอเมริกา สำหรับความทรงจำที่นักวิทยาศาสตร์ใช้วัสดุเปลี่ยนเฟส ge2sb2te5 ( GST )เปลี่ยนจาก ( เพื่ออสัณฐาน ( Amorphous เพื่อจัดเก็บข้อมูล ) และจากผลึก ( ลบข้อมูล ) ริเริ่มโดยพัลส์แสงสั้น . อ่านออกข้อมูล กะพริบไฟอ่อนใช้

all-optical ถาวรบนความทรงจำจะมากเพิ่มประสิทธิภาพในอนาคต ของคอมพิวเตอร์ และลดการใช้พลังงานของพวกเขา ด้วยการเชื่อมต่อ all-optical ด้วยกัน ,พวกเขาอาจลดการเกิด . การแปลงพลังงานที่เข้มข้นของสัญญาณแสงเป็นสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ และในทางกลับกัน ก็ไม่ต้อง