牛津大学研发出新型存储单元,芯片级光子学的可行性有望快速提升

  南芍       

随着应用端需求的不断提升,存储、计算和通信芯片模块性能的局限性也愈发明显,因此业内研究人员都在不断探索新的技术方向,以用最低成本开发出更优性能的硬件来支持软件系统的发展。最近,在存储单元设计上,牛津大学研究团队找到了新的方法。牛津大学的一组科学家建立了一种新型计算机存储单元,可以同时通过电和光信号对其进行访问或写入,这令人意想不到的突破这意味着芯片级光子学的可行性有望快速提升。


牛津大学研发出新型存储单元,芯片级光子学的可行性有望快速提升


用光代替电子是一种明显更理想的信号形式,它可以保证更大的带宽和更高的功率效率。但是,使用这种精细形式的能量的复杂性令研发工作迟迟难以突破,也进一步推动了芯片级光子学技术的发展。


光子学目前唯一广泛运用是在光缆中,从家用以太网到跨越大陆之间距离的光缆,我们都可以看到光通信的身影。


板级和芯片级上的运用使光子学再次成为热门话题。简而言之,光通信具有较低的功率阈值,因此信号可以更快更早地发送,片上延迟从而可以比电信号低好几个数量级。现在的问题是,将光信号转换为电信号需要大量的功率和空间,而抵消了所有增益。


过去,我们已经看到了解决这一问题的有趣尝试,但是新的研究以完全不同的方式解决了这个问题。如果内存(无论是主存储,内存还是缓存)都可以接受和输出两种格式的信息,则无需进行转换。


据悉,科学家最新研发的存储单元是一种非易失性的锗基化合物,位于金电极和氮化硅通道的交叉点。当电子流过金电极,光波通过通道漏斗,因此任一单元命中该单元时,该单元就可以在二进制或多级状态之间切换。


尽管技术人员有望在未来几十年在特定用途上实现该技术,但科学家们已经预见到它将如何帮助解决当前的问题,例如新技术可以促进光子晶体管的发展,并且可以充当可重配置光子电路和光子神经网络的高速缓存和接口。




牛津大学研发出新型存储单元,芯片级光子学的可行性有望快速提升


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牛津大学研发出新型存储单元,芯片级光子学的可行性有望快速提升


这一设计方法有诸多好处。


首先,用光代替电子是一种明显更理想的信号形式,它可以保证更大的带宽和更高的功率效率。而将之用于板级和芯片级的设计上,光通信的低功率阈值可以保证信号更快发送;在片上延迟方面,也比电信号低好几个数量级。


其次,不同于现有的设计,两种内存(无论是主存储,内存还是缓存)模块都可以接受和输出两种格式的信息,因此无需再进行转换,通信效率也更高。


值得指出的是,在芯片上运用光子技术本身难度就很高,如操纵这种精细形式的能量有着极高的复杂性,将光信号转换为电信号需要大功率和大空间等,因此该方面的研发工作一直难有突破。因此,这一次牛津大学的研究成果对于存储产业来说有着重要的意义,它将会把未来先进的存储模块设计带上了一个新高度。


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