Karlsruher Institut für Technologie - 22.09.2015
Daten dauerhaft mit Licht speichern
Den ersten dauerhaften volloptischen Speicher, der sich auf einem Chip
integrieren lässt, haben Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für
Technologie (KIT) sowie der Universitäten Münster, Oxford und Exeter
entwickelt. Damit ist ein wesentlicher Schritt auf dem Weg zum optischen
Computer gelungen. Phasenübergangsmaterialien, die ihre optischen
Eigenschaften je nach Anordnung der Atome ändern, ermöglichen es, mehrere
Bits in einer einzigen Zelle zu speichern. Ihre Entwicklung stellen die
Forscher in der Zeitschrift Nature Photonics vor.
(10.1038/nphoton.2015.182)
Licht bestimmt die Zukunft der Informations- und
Kommunikationstechnologie: Computer könnten mit optischen Elementen
schneller und energieeffizienter arbeiten. Längst ist es üblich, Daten mit
Licht über Glasfaserkabel zu übertragen. Doch auf dem Computer werden die
Daten nach wie vor elektronisch verarbeitet und gespeichert. Der
elektronische Austausch von Daten zwischen den Prozessoren und dem
Speicher begrenzt die Geschwindigkeit moderner Rechner. Diesen Engpass
bezeichnen Experten als Von-Neumann-Flaschenhals. Um ihn zu überwinden,
genügt es nicht, Speicher und Prozessor optisch zu verbinden, da die
optischen Signale wieder in elektrische konvertiert werden müssen.
Wissenschaftler suchen daher nach Wegen, sowohl Rechnungen als auch die
Datenspeicherung rein optisch durchzuführen.
Forscher des KIT, der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster, der Universität Oxford und der Universität Exeter haben nun den ersten nicht volatilen, das heißt dauerhaften optischen On-Chip-Speicher entwickelt. "Optische Bits lassen sich mit Frequenzen bis zu einem Gigahertz schreiben; damit erlaubt unser vollphotonischer Speicher eine extrem schnelle Datensicherung", erklärt Professor Wolfram Pernice, der eine Arbeitsgruppe am Institut für Nanotechnologie (INT) des KIT leitete und inzwischen an der Universität Münster tätig ist. "Der Speicher ist sowohl mit der üblichen optischen Datenübertragung über Glasfaser als auch mit modernsten Prozessoren kompatibel", ergänzt Professor Harish Bhaskaran von der Universität Oxford.
Der neue Speicher kann Daten auch ohne Stromzufuhr jahrzehntelang bewahren. Besonders attraktiv ist überdies seine Fähigkeit, mehrere Bits in einer einzigen, nur einige Milliardstel Meter großen Zelle zu halten (Multi-Level Memory - Mehrebenenspeicher). Anstelle der üblichen Informationswerte 0 und 1 lassen sich mehrere Zustände in einem Element sichern oder sogar eigenständige Berechnungen ausführen. Möglich machen es sogenannte Phasenübergangsmaterialien - neuartige Materialien, die ihre optischen Eigenschaften abhängig von der Anordnung der Atome ändern: Sie können in kürzester Zeit zwischen dem kristallinen (regelmäßigen) und dem amorphen (unregelmäßigen) Zustand wechseln. Für ihren Speicher verwendeten die Wissenschaftler das Phasenübergangsmaterial Ge2Sb2Te5 (GST). Mit ultrakurzen Lichtpulsen lässt sich der Wechsel von kristallin zu amorph (Daten speichern) bzw. von amorph zu kristallin (Daten löschen) auslösen. Lesen lassen sich die Daten mit schwachen Lichtpulsen.
Dauerhafte volloptische Speicher auf Chips könnten die Leistung von Computern künftig erheblich steigern und deren Energieverbrauch senken. Zusammen mit volloptischen Verbindungen könnten sie Latenzen reduzieren und die energieintensive Umwandlung optischer Signale in elektronische - und umgekehrt - überflüssig machen.
Carlos Ríos, Matthias Stegmaier, Peiman Hosseini, Di Wang, Torsten
Scherer, C. David Wright, Harish Bhaskaran, Wolfram H.P. Pernice:
On-chip integratable all-photonic nonvolatile multi-level memory.
Nature Photonics.
DOI: 10.1038/nphoton.2015.182
Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) vereint als selbstständige
Körperschaft des öffentlichen Rechts die Aufgaben einer Universität des
Landes Baden-Württemberg und eines nationalen Forschungszentrums in der
Helmholtz-Gemein-schaft. Seine Kernaufgaben Forschung, Lehre und
Innovation verbindet das KIT zu einer Mission. Mit rund 9 400
Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern sowie 24 500 Studierenden ist das KIT
eine der großen natur- und ingenieurwissenschaftlichen Forschungs- und
Lehreinrichtungen Europas.
Das KIT ist seit 2010 als familiengerechte Hochschule zertifiziert.
Weitere Informationen unter:
http://www.kit.edu/kit/pi_2015_108_daten-dauerhaft-mit-licht-speichern.php
Kontaktdaten zum Absender der Pressemitteilung unter:
http://idw-online.de/de/institution1173
*
Quelle:
Informationsdienst Wissenschaft e. V. - idw - Pressemitteilung
Karlsruher Institut für Technologie, Monika Landgraf, 22.09.2015
WWW: http://idw-online.de
E-Mail: service@idw-online.de
veröffentlicht im Schattenblick zum 24. September 2015
Zur Tagesausgabe / Zum Seitenanfang