Исследователи из Nokia Bell Labs разработали новый тип оптической памяти – программируемый фотонный триггер, который может совершить значительный прорыв в области оптических вычислений и обработки данных. Это запоминающее устройство обеспечивает временное хранение данных в оптических системах обработки информации, предлагая высокоскоростное решение для энергозависимой памяти с использованием кремниевой фотоники.

Новый интегрированный фотонный триггер смоделирован по образцу триггера с установкой и сбросом – базового запоминающего устройства, используемого в электронных приборах для хранения одного бита путём переключения между состояниями установки (1) и сброса (0) на основе входных сигналов.

«Несмотря на значительный прогресс в области оптических коммуникаций и вычислений за последние десятилетия, хранение данных преимущественно осуществлялось с использованием электронной памяти. Наличие быстрой оптической памяти, которую можно использовать с системами оптической обработки, а также другими оптическими системами, применяемыми в коммуникациях или зондировании, сделает их более эффективными с точки зрения энергопотребления и пропускной способности», – отметил автор исследования Фаршид Аштиани из Nokia Bell Labs.

В работе исследователи описывают эксперимент, в котором они продемонстрировали работу фотонного триггера с использованием программируемой кремниевой фотонной платформы. Такие особенности, как оптическая установка и сброс, комплементарные выходы, масштабируемость и совместимость с мультиплексированием с разделением по длине волны (WDM), делают этот подход перспективным для создания более быстрых и эффективных систем оптической обработки.

«Большие языковые модели, такие как ChatGPT, полагаются на огромное количество простых математических операций, таких как умножение и сложение, выполняемых итеративно для обучения и генерации ответов. Наша технология памяти может хранить и извлекать данные для таких систем на высоких скоростях, обеспечивая гораздо более быстрые операции», – пояснил Аштиани.

Одним из ключевых преимуществ новой системы является её масштабируемость. Поскольку каждый блок памяти имеет независимый источник света, возможно иметь несколько блоков памяти, работающих независимо друг от друга без взаимного влияния через распространение потерь оптической мощности. Блоки памяти также могут быть совместно спроектированы с существующими кремниевыми фотонными системами и построены надёжно с очень высоким выходом годных изделий.

Другим преимуществом является селективность по длине волны фотонного запоминающего устройства, что позволяет ему беспрепятственно работать с WDM. Это связано с тем, что микрокольцевые модуляторы устройства разработаны для работы на определённых длинах волн, что обеспечивает многобитное хранение данных в одном запоминающем устройстве. Кроме того, это обеспечивает быстрое время отклика памяти, измеряемое десятками пикосекунд, что превосходит тактовые частоты современных цифровых систем.

В дальнейшем исследователи планируют масштабировать технологию до большего числа запоминающих устройств и изготовить специализированные фотонные чипы памяти. В сочетании с совместимостью WDM это позволит увеличить плотность фотонной памяти на чипе. Также планируется разработать способ использования единого производственного процесса для интеграции как фотонной схемы памяти, так и электроники, необходимой для её управления.