Der Trick mit Licht: Neuer Durchbruch bei optischem Arbeitsspeicher

Lichtschneller Speicher rückt in greifbare Nähe: Ein Forscherteam hat ein optisches Laufwerk entwickelt, das die Datenverarbeitung in ganz neue Dimensionen katapultieren könnte. Die Innovation verspricht blitzschnelle Berechnungen und einen geringeren Energieverbrauch.

Lichtgeschwindigkeit im PC: Optischer RAM

Der als "programmierbarer photonischer Latch" bezeichnete Speicher nutzt Licht anstelle von Elektrizität, um Daten zu speichern und zu verarbeiten. Dies ermöglicht eine wesentlich schnellere Datenverarbeitung als herkömmliche elektronische Systeme. Farshid Ashtiani von Nokia Bell Labs erklärt: "Ein kommerzieller optischer Computer ist zwar noch ein fernes Ziel, aber unsere optische Hochgeschwindigkeitsspeichertechnologie ist ein Schritt in Richtung dieser Zukunft."

Das Herzstück der neuen Technologie sind winzige Strukturen auf einem Silizium-Chip, sogenannte Mikroring-Modulatoren. Diese funktionieren wie mikroskopisch kleine Lichtschalter, die Lichtsignale rasant an- und ausschalten können. Die Forscher kombinierten diese Modulatoren zu optischen Logikgattern - den Grundbausteinen digitaler Schaltkreise. Besonders wichtig sind dabei die NOR- und NAND-Gatter, die als universelle Bausteine gelten. Aus ihnen lässt sich jede beliebige logische Schaltung aufbauen.



Um ihre Ideen zu testen, nutzten die Wissenschaftler einen programmierbaren photonischen Prozessor namens iPronics SmartLight. Dieser besteht aus einem Netzwerk winziger optischer Interferometer, also Bauteilen, die Lichtwellen überlagern und manipulieren können. Jedes dieser lediglich 811 Mikrometer langen Interferometer kann individuell gesteuert werden. Mit dieser Technologie gelang es den Forschern, die grundlegenden Bausteine für einen optischen Arbeitsspeicher zu realisieren.

Ein besonderer Vorteil dieser neuen Technologie ist ihre Kompatibilität mit bestehenden Silizium-Chip-Herstellungsprozessen. Dies bedeutet, dass sie relativ einfach in aktuelle Computerarchitekturen integriert werden könnte.

Pikosekunden-System

Die Forscher haben ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift "Optics Express" veröffentlicht. Sie demonstrierten, dass ihr optischer Speicher in der Lage ist, Daten in Pikosekunden zu verarbeiten - das sind Billionstel einer Sekunde. Diese Verarbeitungsgeschwindigkeit könnte insbesondere für rechenintensive Anwendungen wie künstliche Intelligenz von großem Nutzen sein und ist deutlich schneller ist als die Taktfrequenzen moderner digitaler Systeme.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Skalierbarkeit des Systems. Die Forscher betonen, dass mehrere Speichereinheiten unabhängig voneinander arbeiten können, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Zudem ist die Technologie kompatibel mit Wellenlängenmultiplexverfahren (WDM), einer Technik, die es ermöglicht, mehrere Datensignale gleichzeitig über eine einzige optische Faser zu übertragen. Dies könnte in Zukunft zu einer höheren Speicherdichte auf Chips führen.


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