Membuka Kunci Kecepatan Cahaya: Masa Depan Penyimpanan Data ada di sini
Para peneliti telah meluncurkan kait fotonik yang dapat diprogram yang mempercepat penyimpanan dan pemrosesan data dalam sistem optik, menawarkan kemajuan yang signifikan atas memori elektronik tradisional dengan mengurangi latensi dan penggunaan energi.
Memori fotonik volatil yang cepat dan serbaguna dapat meningkatkan aplikasi AI, penginderaan, dan komputasi intens lainnya.
Teknologi kait fotonik yang dapat diprogram
Para peneliti telah menciptakan jenis baru memori optik yang disebut kait fotonik yang dapat diprogram, yang cepat dan terukur. Unit memori ini menyediakan solusi berkecepatan tinggi untuk penyimpanan data sementara dalam sistem pemrosesan optik, menggunakan fotonik silikon untuk meningkatkan kinerja.
Latch fotonik yang dapat diprogram diilhami oleh kait set-reset, perangkat memori elektronik mendasar yang menyimpan satu bit data. Ini bekerja dengan beralih di antara dua negara: set (1) dan reset (0), berdasarkan sinyal input.
Meningkatkan sistem optik dengan memori cepat
“Sementara komunikasi dan komputasi optik telah melihat kemajuan yang signifikan selama beberapa dekade terakhir, penyimpanan data telah sebagian besar diimplementasikan menggunakan memori elektronik,” kata penulis penelitian itu Farshid Ashtiani dari Nokia Bell Labs. “Memiliki memori optik cepat yang dapat digunakan dengan sistem pemrosesan optik, serta sistem optik lain yang digunakan dalam komunikasi atau penginderaan, akan membuatnya lebih efisien dalam hal energi dan throughput.”
Dalam sebuah makalah yang diterbitkan hari ini di jurnal grup penerbitan Optica Optik Expresspara peneliti menggambarkan eksperimen bukti konsep di mana mereka menunjukkan kait fotonik menggunakan platform fotonik silikon yang dapat diprogram. Fitur seperti set dan reset optik, output komplementer, skalabilitas, dan kompatibilitas dengan multiplexing divisi panjang gelombang (WDM) membuat pendekatan ini menjanjikan untuk sistem pemrosesan optik yang lebih cepat dan lebih efisien.
“Model bahasa besar seperti chatgpt mengandalkan sejumlah besar operasi matematika sederhana, seperti perkalian dan penambahan, dilakukan secara iteratif untuk belajar dan menghasilkan jawaban,” kata Ashtiani. “Teknologi memori kami dapat menyimpan dan mengambil data untuk sistem tersebut dengan kecepatan tinggi, memungkinkan operasi yang jauh lebih cepat. Sementara komputer optik komersial masih merupakan tujuan yang jauh, teknologi memori optik berkecepatan tinggi kami adalah langkah menuju masa depan ini. ”
Memori Optik: Tantangan dan Inovasi
Teknologi optik telah berperan dalam memajukan sistem komunikasi, dari transmisi data jarak jauh dan konektivitas pusat data hingga teknologi yang muncul seperti interkoneksi optik dan komputasi. Namun, penyimpanan data tetap sebagian besar elektronik karena skalabilitas, kekompakan, dan efektivitas biaya. Ini menghadirkan tantangan untuk sistem pemrosesan optik karena mentransfer data optik ke memori elektronik – dan kembali – meningkatkan konsumsi energi dan memperkenalkan latensi.
Meskipun telah ada penelitian yang luas di bidang memori optik, sebagian besar implementasi mengandalkan pengaturan yang besar, mahal, dan intensif energi atau bahan khusus yang biasanya tidak ditawarkan dalam proses fotonik silikon yang tersedia secara komersial, yang mengarah ke biaya yang lebih tinggi dan hasil yang lebih rendah.
Untuk mengatasi tantangan-tantangan ini, para peneliti menciptakan kait fotonik terprogram terintegrasi berdasarkan gerbang logika universal optik menggunakan modulator cincin mikro fotonik silikon. Perangkat ini dapat diimplementasikan dalam proses fabrikasi chip silikon fotonik yang tersedia secara komersial. Mereka menggabungkan dua gerbang logika universal optik untuk membuat kait optik yang dapat menampung data optik.
Solusi penyimpanan data optik yang dapat diskalakan dan cepat
Ashtiani mengatakan bahwa salah satu keuntungan utama dari sistem baru adalah skalabilitasnya. “Karena setiap unit memori memiliki sumber cahaya input independen, dimungkinkan untuk memiliki beberapa unit memori yang bekerja secara mandiri tanpa saling mempengaruhi melalui perambatan kehilangan daya optik,” katanya. “Unit memori juga dapat dirancang bersama dengan sistem fotonik silikon yang ada dan dibangun dengan andal dan dengan hasil yang sangat tinggi.”
Keuntungan lain adalah selektivitas panjang gelombang unit memori fotonik, yang memungkinkannya bekerja mulus dengan WDM. Ini karena modulator micro-ring unit dirancang untuk beroperasi pada panjang gelombang tertentu, memungkinkan penyimpanan data multi-bit dalam satu unit memori tunggal. Selain itu, ini memungkinkan waktu respons memori yang cepat, diukur dalam puluhan picoseconds, melebihi kecepatan clock sistem digital canggih dan mendukung penyimpanan data optik berkecepatan tinggi.
Untuk menunjukkan pendekatan ini terhadap memori optik sebelum membuat chip khusus, para peneliti menggunakan platform fotonik yang dapat diprogram untuk mengimplementasikan gerbang logika universal dan kait optik melalui eksperimen dan simulasi yang realistis.
Para peneliti menguji gerbang di bawah skenario input yang berbeda. Bahkan di hadapan variasi acak, gerbang dengan andal menghasilkan output yang diinginkan. Demikian pula, kait juga melakukan semua fungsi – set, reset, tahan – secara akurat di hadapan variasi daya input.
Para peneliti berencana untuk mengeksplorasi beberapa cara untuk membuat unit memori baru lebih praktis untuk aplikasi dunia nyata. Tujuan mereka termasuk meningkatkan teknologi untuk mendukung sejumlah besar unit memori dan mengembangkan chip memori fotonik khusus. Dengan memanfaatkan kompatibilitas teknologi dengan multiplexing divisi panjang gelombang (WDM), mereka bertujuan untuk mencapai kepadatan memori on-chip yang lebih tinggi. Selain itu, mereka berharap dapat membuat proses pembuatan yang ramping yang mengintegrasikan sirkuit memori fotonik dan komponen elektronik yang diperlukan untuk mengendalikannya.
Referensi: “Memori kait fotonik yang dapat diprogram” oleh Farshid Ashtiani, 26 Januari 2025, Optik Express.
Doi: 10.1364/oe.536535
