速度提升100倍的存储器，正在彻底改变计算

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几十年来，计算机和智能手机电路的尺寸不断缩小，性能也越来越强大，这正符合摩尔定律。然而，由于物理限制，例如芯片上可容纳的晶体管的最大数量以及密集排列的元件产生的热量，这一持续进步的时代即将结束。因此，尽管随着人工智能和机器学习等数据密集型技术的发展，对计算能力的需求不断增长，但性能改进的速度却正在放缓。

为了克服这些挑战，需要创新的解决方案。一种有前途的方法是光子学，它使用光而不是电来处理信息。光子学具有显着的优势，包括更低的能耗和更快的数据传输速度以及更低的延迟。

最有前景的方法之一是内存计算，这需要使用光子存储器。光信号通过这些存储器可以几乎立即执行操作。但为创建此类存储器而提出的解决方案面临着诸如切换速度低和可编程性有限等挑战。

现在，一个国际研究团队开发出了一种突破性的光子平台来克服这些限制。他们的研究成果发表在《自然光子学》杂志上。

项目科学家、卡利亚里大学助理教授 Paolo Pintus 与加州大学圣巴巴拉分校电气与计算机工程系 教授 John Bowers 及 ECE 副教授 Galan Moody 合作，与匹兹堡大学的 Nathan Youngblood、东京科学研究所教授 Yuya Shoji 以及在 Bowers 实验室获得博士学位的 Mario Dumont 共同协调了该项目。

研究人员使用了一种磁光材料，即铈取代的钇铁石榴石 ，其光学特性会随着外部磁场的变化而动态变化。通过使用微型磁铁来存储数据并控制光在材料内的传播，他们开创了一种新型磁光存储器。该创新平台利用光来执行计算，速度和效率远高于使用传统电子设备所能实现的速度和效率。

这种新型存储器的切换速度比最先进的光子集成技术快 100 倍。它们消耗的功率约为十分之一，并且可以多次重新编程以执行不同的任务。虽然目前最先进的光学存储器寿命有限，最多只能写入 1,000 次，但该团队证明磁光存储器可以重写超过 23 亿次，相当于潜在的无限寿命。

“这些独特的磁光材料使得利用外部磁场来控制光在其中的传播成为可能，”Pintus 说道。“在这个项目中，我们使用电流来编程微磁铁并存储数据。磁铁控制 Ce:YIG 材料内的光传播，使我们能够执行复杂的操作，例如矩阵向量乘法，这是任何神经网络的核心。”

作者认为，这一发现可能标志着光学计算革命的开始，为不久的将来的实际应用铺平了道路。

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