El primer chip de memoria basado por completo en luz para almacenar datos de forma permanente ha sido desarrollado. Es un dispositivo de memoria óptica integrada no volátil, el primer chip de memoria no volátil totalmente fotónico del mundo .
La nueva memoria fotónica emplea un material que cambia de fase en distinta proporción según el estímulo lumínico y es compatible con la fibra óptica.
Al día de hoy, la DRAM es la solución más rápida, pero también la más costosa, además de ser volátil, mientras que la arquitectura NAND, la que encontramos en memorias flash y unidades SSD, es más económica que la DRAM, es rápida, pero no al nivel de la DRAM, y su gran ventaja es que no es volátil, así que lo ideal sería algo que combinase estas dos tecnologías. Pero hay una tecnología de memoria basada en luz, como la que usan los CDs y DVDs, que podría ser la solución.
Los CDs y DVDs regrabables utilizan una aleación fabricada con germanio, telurio y antimonio, ésta cambia su estructura cuando es golpeada por un láser. Este material es conocido como GST y el chip que han creado hace uso de éste, para que a través de unas «guías de onda», dirijan la luz a través de canales grabados sobre un material
de nitruro de silicio. Esta es la primera memoria óptica «en chip» no volátil, lo que significa que no requiere un suministro constante de energía y por tanto puede proporcionar almacenaje longevo de la misma manera que un disco duro. La base de la tecnología es un llamado material de cambio de fase Ge2Sb2Te5 (GST).
El GST es instalado en el chip a nanoescala y es capaz de recibir el haz de luz a intensidades variables, lo que ocasiona que el GST cambie de forma, transformándose de una estructura cristalina a una mancha amorfa, que puede ser leída por otro láser a baja intensidad, siendo éste el que tiene acceso a los datos.
El dispositivo, que hace uso de los materiales utilizados en los CDs y DVDs, ayudará a mejorar 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. El vaivén de información para-y-desde la memoria mejora con el uso de la luz que permite acelerar el paso de 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.
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.
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 científico 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.
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.
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.
Mezclas de estructura
Cuando este material recibe pulsos de luz cambia de estados, entre uno sólido amorfo (similar al cristal) y otro cristalino (similar a un metal); los pulsos intensos funden momentáneamente el material y este pasa a un estado amorfo, mientras que los pulsos pequeños lo convierten a un estado cristalino. De esta manera es posible almacenar los 1 y 0, los bits que conforman el sistema binario usado en computación, sin necesidad de aportar energía constantemente. Para leer estos estados se puede usar luz de muy baja intensidad y medir el efecto que el material tiene sobre ella para saber qué valor está almacenado.
Con 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 son enviados a través de la guía de onda para leer el contenido del dispositivo, también se detectan 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 proporciona 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.
Los investigadores aseguran que por el momento estos bits ópticos pueden ser escritos en el material con una frecuencia de 1 GHz. El uso de chips de memoria de luz y circuitos de luz garantizaría un enorme ancho de banda en conexiones entre memoria y CPU.
Por supuesto, no veremos ordenadores de luz hasta dentro de mucho tiempo, y estos son los primeros pasos.
