Crean el primer chip de memoria del mundo basado por completo en luz

El dispositivo, que hace uso de los materiales utilizados en los CD y DVD, podría ayudar a mejorar drásticamente la velocidad de la computación moderna.

El primer chip de memoria del mundo basado por completo en luz para almacenar datos de forma permanente ha sido desarrollado por científicos de la Universidad de Oxford.

El dispositivo, que hace uso de los materiales utilizados en los CD y DVD, podría ayudar a mejorar drásticamente la velocidad de la computación moderna.

Los ordenadores actuales se ven frenados por la relativa lentitud de transmisión de datos electrónicos entre el procesador y la memoria. «No tiene sentido el uso de procesadores más rápidos si el factor limitante es el vaivén de información para-y-desde la memoria – el llamado cuello de botella von-Neumann», explicó el profesor Harish Bhaskaran, quien dirigió la investigación. «Pero creemos que el uso de la luz puede acelerar significativamente esto».

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Cerrar simplemente la brecha de memoria del procesador con los fotones no es eficiente, debido a la necesidad de convertirlos de nuevo en señales electrónicas en cada extremo. En su lugar, las capacidades de memoria y procesamiento necesitarían estar basadas en la luz también. Los investigadores han tratado de crear este tipo de memoria fotónica antes, pero los resultados siempre han sido volátiles, lo que requiere de energía con el fin de almacenar datos. Para muchas aplicaciones – tales como las unidades de disco de computadora – es esencial ser capaz de almacenar los datos de forma indefinida, con o sin electricidad.

Ahora, un equipo internacional de investigadores, incluidos los del Departamento de Materiales de la Universidad de Oxford, ha producido el primer chip de memoria no volátil totalmente fotónico del mundo. El nuevo dispositivo utiliza el material de cambio de fase Ge2Sb2Te5 (GST) – el mismo que es utilizado en CDs y DVDs regrabables – para almacenar datos. Este material puede ser producido para asumir un estado amorfo, como el cristal, o un estado cristalino, como un metal, mediante el uso de pulsos eléctricos u ópticos.

En un artículo publicado en Nature Photonics, los investigadores describen el dispositivo que han creado, que utiliza una pequeña sección de GST en la cima de una capa de nitruro de silicio, conocido como una guía de onda, para llevar luz.

El equipo ha demostrado que envíando pulsos de luz intensa a través de la guía de ondas puede cambiar delicadamente el estado de la GST. Un impulso de luz intensa hace que se funda momentáneamente y enfríe rápidamente, causando que asuma una estructura amorfa; un pulso ligeramente menos intenso puede ponerlo en un estado cristalino.

Más tarde, cuando la luz con una intensidad mucho más baja se envía a través de la guía de ondas, la diferencia en el estado de la GST afecta a la cantidad de luz transmitida. El equipo puede medir esa diferencia para identificar su estado – y a su vez leer la presencia de información en el dispositivo como 1 ó 0. «Este es verdaderamente el primer dispositivo de memoria óptica integrada no volátil», explica Carlos Ríos, uno de los dos autores principales del estudio. «Y nosotros lo hemos logrado con el uso de materiales establecidos que son conocidos por su retención de datos a largo plazo. El GST permanece en el estado que se coloca durante décadas».

Mediante el envío de diferentes longitudes de onda de luz a través de la guía de onda a la vez – una técnica conocida como la multiplexación de longitud de onda – el equipo también demostró que podían utilizar un único impulso para escribir y leer la memoria al mismo tiempo. «En teoría, eso significa que podríamos leer y escribir miles de bits a la vez, proporcionando ancho de banda prácticamente ilimitado», explica el profesor Wolfram Pernice, de la Universidad de Munster, que ha colaborado en el trabajo.

DIFERENTES MEZCLAS DE ESTRUCTURA

Los investigadores también han encontrado que diferentes intensidades de pulsos fuertes pueden crear con precisión y repetidamente diferentes mezclas de estructura amorfa y cristalina dentro de la GST.

Cuando los pulsos de baja intensidad fueron enviados a través de la guía de onda para leer el contenido del dispositivo, también fueron capaces de detectar las diferencias sutiles en luz transmitida, lo que les permite escribir de forma fiable y leer ocho niveles diferentes de estado, desde completamente cristalina a completamente amorfo.

Esta capacidad multi-estado podría proporcionar unidades de memoria con más información binaria de la habitual de 0 y 1, lo que permite a un solo bit de memoria almacenar varios estados o incluso realizar cálculos por sí mismo en lugar de por el procesador.

 

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