Salvare i dati con la luce

Sviluppato il primo chip al mondo per lo storage permanente dei dati interamente basato sulla luce. Il progetto è stato realizzato dai ricercatori in scienze dei materiali all'Università di Oxford insieme agli scienziati di Exeter, Karlsruhe e Münster, Germania. Il chip costruito con i materiali utilizzati in CD e DVD riscrivibili dovrebbe migliorare la velocità di trasferimento dei dati nei moderni computer.

Oltre le barriere

I computer del giorno d’oggi vengono rallentati dal trasferimento dei dati tra il processore e la memoria. “Non c’è motivo di installare processori più veloci quando è presente una sorta di “freno” che rallenta il trasferimento delle informazioni da e verso la memoria – il cosiddetto “collo di bottiglia di Neumann”, afferma il Professore Harish Bhaskaran, che ha guidato la ricerca. “crediamo quindi che la luce possa velocizzare in maniera considerevole il trasferimento”.

Tuttavia la risoluzione del problema del collo di bottiglia tramite fotoni non è efficace. Questo poichè i dati devono prima essere convertiti in segnali ottici e, dopo il trasferimento, in segnali elettronici. Per aumentare la velocità di trasferimento, la memoria e il processore dovrebbero anch’essi funzionare con la luce.

I ricercatori hanno provato più volte a sviluppare una memoria di tipo fotonico ma i dati in essi memorizzati erano sempre volatili. Questo significa che è necessaria energia per mantenere le informazioni digitali.  L’hard drive di un computer invece è in grado di memorizzare i dati in maniera permanente con o senza alimentazione.

Un'idea brillante- usare la luce per salvare i dati

Ora un team di ricercatori internazionali, inclusi gli scienziati del Dipartimento di Scienze dei Materiali dell’Università di Oxford ha prodotto il primo chip al mondo di memoria fotonica non volatile.

Il nuovo chip utilizza il materiale a cambiamento di fase Ge2Sb2Te5 (GST), usato anche per CD e DVD riscrivibili. Questo materiale può assumere uno stato amorfo (come il vetro) o uno stato cristallino (come il metallo). Il tutto indipendentemente dal fatto che vengano utilizzati impulsi elettrici o ottici. I ricercatori utilizzano una piccola area del GST, nota come “waveguide” (letteralmente “guida d’onda”) per trasportare gli impulsi di luce.

Il team ha dimostrato che impulsi intensi di luce inviati tramite la waveguide possono modificare lo stato del GST. Un impulso intenso fa si che il metallo si fonda e si raffreddi rapidamente, assumendo uno stato amorfo; un impulso meno intenso lo trasforma in stato cristallino. Il significato dei due stati si evidenzia più tardi quando la luce con molta meno intensità viene trasmessa attraverso la waveguide, in base allo stato, in informazioni di tipo “1”  e “0”. “Questa è la prima memoria ottica non volatile” spiega Carlos Ríos, Clarendon Scholar e Dphil, Università di Oxford. “Siamo stati anche in grado di raggiungere il nostro obiettivo con materiali comuni, conosciuti per la conservazione dei dati a lungo termine”.

Maggiore velocità, migliori performance

Trasmettendo simultaneamente la luce con diverse lunghezze d’onda, il team ha inoltre mostrato che si potrebbe utilizzare anche un singolo impulso per scrivere e leggere i dati in modo simultaneo. “In teoria questo significa che possiamo leggere e scrivere migliaia di bit nello stesso momento. Questo promette una larghezza di banda quasi illimitata” spiega il Professore Wolfram Pernice dell’Università di  Münster, Germania.

I ricercatori hanno inoltre scoperto che diverse intensità di forti impulsi producono esattamente e in maniera ripetitiva diversi mix delle strutture amorfa e cristallina all’interno del GST. Quando sono stati inviati impulsi deboli attraverso la waveguide per leggere il contenuto della memoria, hanno riscontrato sottili differenze nella luce trasmessa.

I ricercatori sono stati in grado di produrre otto diverse composizioni -da una completamente cristallina a una completamente amorfa. Sono infine riusciti a scrivere e leggere i dati. Questa capacità multi-stato può fornire un’unità di memorizzazione che va oltre la classica informazione 0 e 1. In questo modo un singolo bit della memoria è in grado di memorizzare più stati o addirittura di eseguire dei calcoli alleviando così il lavoro del processore.

“Si tratta di una funzionalità completamente nuova con materiali già collaudati”, spiega il Professore Bhaskaran. “Questi bit ottici possono essere descritti a frequenze fino a 1 gigahertz, offrendo larghezze d’onda notevoli. Questo è il genere di storage di dati ultra veloci di cui la tecnologia moderna ha bisogno”.

Nel frattempo il team sta lavorando su una serie di progetti che utilizzeranno questo nuovo genere di tecnologia. L'obiettivo è sviluppare un collegamento elettro-ottico che permetta ai chip di memoria di connettersi direttamente ad altri componenti utilizzando la luce invece dei segnali elettrici.