PCM (相変化メモリ) が難解すぎるかのように、オックスフォード大学やその他の大学の優れた科学者たちの努力のおかげで、今では光 PCM が実現しています。
オックスフォード大学、カールスルーエ大学、ミュンスター大学、エクセター大学の材料科学者らが、世界初の全光子不揮発性メモリチップを開発しました。このチップは、結晶状態と非晶質状態の2つの状態を持つカルコゲニド物質であるGe 2 Sb 2 Te 5 (GST) を用いており、それぞれ異なる抵抗レベルを示します。
状態の切り替えはこれまで常に電気的に行われてきましたが、現在では科学者たちが光でそれを行っています。
この研究は、Nature Photonics の論文「Integrated all-photonic non-volatile multi-level memory」に記載されており、研究チームは次のように述べています。
光近接場効果を利用することで、中間状態を容易に切り替えられる単一のデバイスで最大 8 レベルのビット ストレージを実現します。
当社のマルチレベル、マルチビットデバイスは、フォン・ノイマンボトルネックを解消するための道筋を提供し、全光子メモリと非従来型コンピューティングにおける新しいパラダイムの前兆となります。
彼らが行ったのは、PCMの小さな帯を光導波路（シリコン窒化物リッジ）の先端に貼り付けることだった。導波路を通して送られた光パルスはPCMの状態を変化させることができ、強力なパルスはPCMを一時的に溶融させ、その後急速に冷却することでアモルファス構造へと変化させる。
わずかに弱いパルスで結晶状態にすることができます。
そしてデジタル値ビット：「強度がはるかに低い光が導波路を通過すると、GSTの状態の違いが透過する光量に影響を与えます。研究チームはその違いを測定することで状態を特定し、デバイス内の情報の有無を1または0として読み取ることができます。」
ピンクの線は導波管、黄色の帯はPCMです
それは確かに不安定です、と研究者でありクラレンドン奨学生で博士課程の学生でもあるカルロス・リオスは説明しました。「GSTは何十年もの間、置かれた状態のままです。」
導波管を通して異なる色の光を送ることで、同時に読み書きが可能になったという。奇妙に聞こえるかもしれない。ミュンスター大学のヴォルフラム・ペルニーチェ教授は、「理論上は、数千ビットの読み書きを同時に行うことができ、実質的に無制限の帯域幅を実現できることを意味します」と述べた。
光PCMデバイスの概略図。その構造とそれを通る光の伝播を示しています。
研究者らはまた、異なる強度の強い光パルスによって、GST 内に非晶質と結晶構造の異なる混合物を正確かつ繰り返し作成できることも発見しました。
低強度の読み取りパルスにより透過光の微妙な違いを検出し、研究者は完全な結晶状態から完全な非晶質状態まで、8つの異なるレベルの状態構成を確実に書き込み、読み取ることができました。
そのため、メモリの 1 ビットで複数の状態を保存したり、プロセッサではなくメモリ自体で計算を実行したりすることもできます。
今のコンピューターの難解さからすると、12進数ビットで十分すぎるくらいに、それはおそらく一歩踏み込みすぎでしょう。8ビットだと一体どうするんですか？
この科学者グループは現在、メモリチップを電気信号ではなく光を使って他のコンポーネントと直接接続できる、新しいタイプの電気光インターコネクトを開発しています。しかし、汎用コンピュータが光子技術を採用するまでには、おそらく10年以上かかるでしょう。®
