摘要：研究人员创造了一种新型的光存储器，称为可编程光子锁存器，它既快速又可扩展。该存储单元为光学处理系统中的临时数据存储提供了高速解决方案，利用硅光子学来提高性能。

研究人员推出了一种可编程光子锁存器，它可以加速光学系统中的数据存储和处理，通过减少延迟和能量消耗，比传统的电子存储器有了重大进步。

快速、通用的易失性光子存储器可以增强人工智能、传感和其他计算密集型应用。

可编程光子锁存技术

研究人员创造了一种新型的光存储器，称为可编程光子锁存器，它既快速又可扩展。该存储单元为光学处理系统中的临时数据存储提供了高速解决方案，利用硅光子学来提高性能。

可编程光子锁存器的灵感来自置位复位锁存器，这是一种存储单比特数据的基本电子存储设备。它通过基于输入信号在两种状态之间切换来工作：设置（1）和重置（0）。

用快速存储器增强光学系统

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。”

在今天发表在Optica出版集团杂志《光学快报》上的一篇论文中，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演示了光子锁存器。光学设置和复位、互补输出、可扩展性以及与波分复用（WDM）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。”

光存储器：挑战与创新

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，由于其可伸缩性、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体积大、成本高、能源密集的装置或专用材料，而这些材料在商业上可用的硅光子工艺中通常不提供，导致成本更高、产量更低。

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。

可扩展和快速光数据存储解决方案

Ashtiani说，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，并且构建可靠且产量非常高。”

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。这是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，门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。

研究人员计划探索几种方法，使新的存储单元在实际应用中更加实用。他们的目标包括扩大技术规模，以支持更多的存储单元，并开发专门的光子存储芯片。通过利用该技术与波分复用（WDM）的兼容性，他们的目标是实现更高的片上存储密度。此外，他们希望创造一种流线型的制造工艺，将光子存储电路和控制它们所需的电子元件集成在一起。

来源：知新了了