新型光存储器将提高处理速度和效率！

研究人员已经开发出一种新型的光存储器，称为可编程光子锁存器，它快速且可扩展。这种基本存储单元可以在光学处理系统中实现临时数据存储，为使用硅光子学的易失性存储器提供高速解决方案。

新的集成光子锁存器是在set-reset锁存器的基础上建模的，set-reset锁存器是电子设备中使用的一种基本存储设备，通过根据输入在set(1)和reset(0)状态之间切换来存储单个比特。

该研究的作者、诺基亚贝尔实验室的Farshid Ashtiani说：“虽然光通信和计算在过去几十年里取得了重大进展，但数据存储主要是通过电子存储器实现的。拥有可用于光学处理系统的快速光存储器，以及用于通信或传感的其他光学系统，将使它们在能量和吞吐量方面更加高效。”

在《光学快报》杂志上，研究人员描述了一个概念验证实验，他们使用可编程硅光子平台展示了光子锁存器。光学设置和复位、互补输出、可扩展性和与波分复用的兼容性等特性使这种方法有望实现更快、更高效的光学处理系统。

Ashtiani说：“像ChatGPT这样的大型语言模型依赖于大量简单的数学运算，比如乘法和加法，通过迭代来学习和生成答案。我们的存储技术可以为这样的系统高速存储和检索数据，从而实现更快的操作。虽然商用光学计算机仍然是一个遥远的目标，但我们的高速光学存储技术是迈向未来的一步。”

集成光存储器的发展

从长途数据传输和数据中心连接到光互连和计算等新兴技术，光学技术在推进通信系统方面发挥了重要作用。然而，由于其可扩展性、紧凑性和成本效益，数据存储仍然主要是电子的。这对光学处理系统提出了挑战，因为将光学数据传输到电子存储器并返回会增加能量消耗并引入延迟。

尽管在光存储器领域已经有了广泛的研究，但大多数实现依赖于笨重、昂贵和能源密集型的装置或专用材料，在商业上可用的硅光子工艺中通常不提供这些材料，导致成本更高，良率低。

为了克服这些挑战，研究人员使用硅光子微环调制器创建了基于光学通用逻辑门的集成可编程光子锁存器。这些器件可以在商用硅光子芯片制造工艺中实现。他们将两个光学通用逻辑门组合在一起，创造了一个可以保存光学数据的光学锁存器。

创建可扩展且快速的内存

Ashtiani表示，新系统的一个关键优势是其可扩展性。他说：“因为每个存储单元都有一个独立的输入光源，所以可以让几个存储单元独立工作，而不会因为光功率损耗传播而相互影响。存储单元也可以与现有的硅光子系统共同设计，并且构建可靠且良率高。”

另一个优点是光子存储单元的波长选择性，这使得它可以与波分复用无缝地工作。因为该单元的微环调制器被设计为在特定波长下工作，从而可以在单个存储单元内存储多位数据。此外，它可以实现快速的内存响应时间，以几十皮秒为单位测量，超过先进数字系统的时钟速度，并支持高速光学数据存储。

为了在制造专用芯片之前演示这种光存储器方法，研究人员使用可编程光子平台通过实验和现实模拟实现了通用逻辑门和光锁存。

研究人员在不同的输入场景下测试了这些门。即使在存在随机变化的情况下，也可靠地产生所需的输出。同样，锁存器也在输入功率变化的情况下准确地执行所有功能-设置，复位，保持。

接下来，研究人员将继续研究几个方向，使新的存储单元更加实用。这包括将该技术扩展到更大数量的存储单元和制造专用光子存储芯片。与波分复用兼容相结合，将实现更高的片上光子存储器密度。他们还想开发一种方法，使用单一的制造工艺来集成光子存储电路和控制它所需的电子设备。