처리 속도와 효율성을 향상시키기 위해 새로운 광학 메모리 장치

연구원들은 빠르고 확장 가능한 프로그래밍 가능한 광자 래치라는 새로운 유형의 광학 메모리를 개발했습니다.

이 기본 메모리 장치는 광학 처리 시스템의 임시 데이터 저장을 가능하게하여 실리콘 광자를 사용하여 휘발성 메모리를위한 고속 솔루션을 제공합니다.

새로운 통합 광자 래치는 입력에 따라 세트 (1)과 재설정 (0) 상태를 전환하여 전자 장치에 사용되는 기본 메모리 장치 인 Set-Reset 래치 후에 모델링됩니다.

이 연구의 저자 인 Farshid Ashtiani는 Nokia Bell Labs에서 "광학 통신과 컴퓨팅이 지난 수십 년 동안 상당한 진전을 보였지만, 데이터 스토리지는 전자 메모리를 사용하여 주로 구현되었습니다."라고 말했습니다.

"통신 또는 감지에 사용되는 다른 광학 시스템뿐만 아니라 광학 처리 시스템에 사용할 수있는 빠른 광학 메모리를 사용하면 에너지 및 처리량 측면에서보다 효율적입니다."

Optica Publishing Group Journal에서 Optics Express연구원들은 프로그래밍 가능한 실리콘 광자 플랫폼을 사용하여 광자 래치를 입증하는 개념 증명 실험을 설명합니다.

광학 세트 및 재설정, 상보 적 출력, 파장 분할 멀티플렉싱 (WDM)과의 확장 성 및 호환성과 같은 기능은이 접근 방식이 더 빠르고 효율적인 광학 처리 시스템을 유망하게 만듭니다.

Ashtiani는“Chatgpt와 같은 대규모 언어 모델은 곱셈 및 추가와 같은 엄청난 양의 간단한 수학 연산에 의존하여 답변을 배우고 생성하기 위해 반복적으로 수행했습니다.

"우리의 메모리 기술은 이러한 시스템의 데이터를 고속으로 저장하고 검색하여 훨씬 빠른 작업을 가능하게 할 수 있습니다. 상용 광학 컴퓨터는 여전히 먼 목표이지만 고속 광학 메모리 기술은이 미래를 향한 단계입니다."

통합 광학 메모리 발전

광학 기술은 장거리 데이터 전송 및 데이터 센터 연결에서 광학 상호 연결 및 컴퓨팅과 같은 새로운 기술에 이르기까지 통신 시스템을 발전시키는 데 중요한 역할을 해왔습니다. 그러나 데이터 저장은 확장 성, 소형 및 비용 효율성으로 인해 주로 전자적으로 남아 있습니다. 

이는 광학 데이터를 전자 메모리로 전송하고 백로 에너지 소비를 증가시키고 대기 시간을 도입하기 때문에 광학 처리 시스템에 대한 과제를 나타냅니다.

광학 메모리 영역에 대한 광범위한 연구가 있었지만 대부분의 구현은 상업적으로 이용 가능한 실리콘 광 프로세스에서 일반적으로 제공되지 않는 부피가 크고 비용이 많이 드는 에너지 집약적 설정 또는 특수 재료에 의존하여 비용이 높아지고 수익률이 높아집니다.

이러한 과제를 극복하기 위해 연구원들은 실리콘 광학 마이크로 링 변조기를 사용한 광학 범용 논리 게이트를 기반으로 통합 된 프로그래밍 가능한 광자 래치를 만들었습니다. 이 장치는 상업적으로 이용 가능한 실리콘 광 칩 제조 공정에서 구현 될 수 있습니다.

그들은 두 개의 광학 범용 논리 게이트를 결합하여 광학 데이터를 보유 할 수있는 광학 래치를 만듭니다.

확장 가능하고 빠른 메모리를 만듭니다

Ashtiani는 새로운 시스템의 주요 장점 중 하나는 확장 성이라고 말합니다.

"각 메모리 유닛에는 독립적 인 입력 광원이 있기 때문에 광 전력 손실 전파를 통해 서로 영향을 미치지 않고 독립적으로 여러 메모리 장치를 작동시킬 수 있습니다."

"메모리 유닛은 또한 기존 실리콘 광자 시스템과 공동 디자인 될 수 있으며 안정적이고 매우 높은 수율로 구축 될 수 있습니다."

또 다른 장점은 광자 메모리 유닛의 파장 선택성으로 WDM에서 원활하게 작동 할 수 있습니다. 이는 장치의 마이크로 링 변조기가 특정 파장에서 작동하도록 설계되어 단일 메모리 장치 내에서 멀티 비트 데이터 저장을 가능하게하기 때문입니다.

또한 수십 피코 초에서 측정 된 빠른 메모리 응답 시간을 가능하게하여 고급 디지털 시스템의 클럭 속도를 능가하고 고속 광학 데이터 저장을 지원합니다.

전용 칩을 만들기 전에 광학 메모리에 대한 이러한 접근법을 보여주기 위해 연구자들은 프로그램 가능한 광자 플랫폼을 사용하여 실험과 사실적인 시뮬레이션을 통해 범용 로직 게이트와 광학 래치를 구현했습니다.

연구원들은 다른 입력 시나리오에서 게이트를 테스트했습니다. 임의의 변화가있을 때에도 게이트는 원하는 출력을 안정적으로 생성했습니다. 마찬가지로, 래치는 입력 전력 변화가있을 때 정확하게 세트, 재설정, 보류 등 모든 기능을 수행했습니다.

다음으로, 연구원들은 새로운 메모리 유닛을보다 실용적으로 만들기 위해 몇 가지 연구 지침을 추구하고자합니다. 여기에는 기술을 더 많은 수의 메모리 단위로 스케일링하고 전용 광자 메모리 칩을 제작하는 것이 포함됩니다.

이는 WDM 호환성과 결합하여 더 높은 온칩 사진 메모리 밀도를 가능하게합니다. 또한 단일 제조 프로세스를 사용하여 광자 메모리 회로와 제어하는 ​​데 필요한 전자 제품을 모두 통합하는 방법을 개발하고자합니다.


출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/01/250123110233.htm

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