光载数据记忆长存 世界首个非易失性光学存储设备诞生
2015年09月29日 来源： 科技日报
2012年2月，《华尔街日报》曾发表文章《科技变革即将引领新的经济繁荣》大胆预见：“当今很快将掀起大数据、智能制造和无线网络革命这三场宏大的技术变革。”而实现的必备途径之一是要拥有更快的运算速度和长期可靠存储信息的装置。
据物理学家组织网近日报道，一个国际研究团队传来好消息，他们研发出世界上第一个或可长期存储数据且完全基于光的存储芯片。该装置可使用CD和DVD材料制造，并大大提高计算运行速度。该研究结果发表在最新一期的《自然·光子学》杂志上。
冯·诺依曼瓶颈困扰
这个国际研究团队可谓阵容强大，由英国牛津大学、德国明斯特大学、法国卡尔斯鲁厄理工学院和英国埃克赛特大学的材料科学家组成。
牛津大学的哈瑞教授说：“现在的计算机在处理器（CPU）和内存之间的电子数据传输速度相对缓慢。如果限制因素是从存储器里来回穿梭的信息即所谓冯诺依曼瓶颈，使用更快的处理器实际没有什么意义。而我们认为采用光可以大大加快这一速度。”
冯·诺伊曼瓶颈指在现代计算机中，CPU和存储器之间的流量（数据传输率）与存储器的容量比起来相当小，在某些情况下，当CPU需要在巨大的数据上运行一些简单指令时，数据流量严重限制了整体效率的发挥。CPU则会在数据输入或输出存储器时闲置。由于CPU速度远大于存储器读写速率，因此瓶颈问题越来越严重。
而简单地采用光子在CPU和存储器的间壑上架起桥梁并不会出效率，因为需要在每一个末端把它们转换成电子信号。相反内存和处理能力也需要以光为基础。之前研究人员已经尝试创建这种光子记忆设备，但结果总是不稳定，因为存储数据需要电源。而对于许多应用设备如计算机磁盘驱动器，带或不带电源都能够无限期地存储数据是必不可少的。
实现长久存储数据
现在，这个国际研究团队生产出世界上第一个非易失性光学存储器，采用的是相变材料Ge2Sb2Te5（GST）来存储数据，其与可擦写CD和DVD的材料相同。通过使用电子或光学脉冲，这种材料可以被制成无定形状态，像玻璃或晶体状态，亦像金属。研究人员描述了这种设备是利用了一小部分GST的氮化硅即称为波导来携带光。
研究证明，强烈的光脉冲通过波导发送可以缜密地改变GST状态。一道强烈的脉冲可使它瞬间熔化、快速冷却，令其呈无定形结构；而轻微些的强脉冲会使其进入晶体状态。
接着，当较低强度的光通过波导发送时，在GST状态的差异会影响光传输的多少。该小组测量出当中的差异，以确定其状态，并在0或1的情况下读取存在的信息。
研究人员说：“这是至今为止创建的第一个真正的非易失性集成光学存储装置。我们已经实现了用现有材料长期保留数据，GST可存放几十年。”
提高计算运行速度
