科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

一個(gè)由多國(guó)科學(xué)家組成的國(guó)際團(tuán)隊(duì)在開(kāi)發(fā)高能效計(jì)算機(jī)方面取得重磅成果：用于超快計(jì)算的新型磁光存儲(chǔ)器。這是一種創(chuàng)新的光子平臺(tái)，不僅開(kāi)關(guān)速度比當(dāng)前最先進(jìn)光子集成技術(shù)快100倍，還可重寫(xiě)超過(guò)23億次。相關(guān)論文發(fā)表在最新一期《自然·光子學(xué)》雜志上。

未來(lái)計(jì)算領(lǐng)域面臨的一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)是內(nèi)存計(jì)算，特別是利用光子內(nèi)存來(lái)實(shí)現(xiàn)幾乎即時(shí)的操作和響應(yīng)。然而，這一領(lǐng)域一直受到多種因素的限制，如緩慢的開(kāi)關(guān)速度、有限的可編程性等。

最新研究旨在克服這些障礙。該團(tuán)隊(duì)來(lái)自意大利卡利亞里大學(xué)、美國(guó)加州大學(xué)圣巴巴拉分校、匹茲堡大學(xué)以及東京科學(xué)研究所。他們采用了一種特殊的磁光材料——鈰摻雜釔鐵石榴石，這種材料的光學(xué)屬性可以根據(jù)外部磁場(chǎng)的變化而動(dòng)態(tài)調(diào)整。通過(guò)引入微型磁體作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，并控制光信號(hào)在材料中的路徑，研究團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)出一種全新的磁光存儲(chǔ)器。

這種新設(shè)備具有顯著優(yōu)勢(shì)：它不僅實(shí)現(xiàn)了比當(dāng)前最先進(jìn)光子集成技術(shù)快100倍的開(kāi)關(guān)速度，而且能耗僅為前者的1/10左右；更重要的是，它可進(jìn)行多次重新編程以適應(yīng)不同任務(wù)的需求。相比之下，現(xiàn)有的高端光學(xué)存儲(chǔ)設(shè)備通常只能承受最多1000次寫(xiě)入操作，而新開(kāi)發(fā)的磁光存儲(chǔ)器卻能夠支持超過(guò)23億次的重寫(xiě)，這表明其可能擁有近乎無(wú)限的服務(wù)壽命。

此外，研究團(tuán)隊(duì)還強(qiáng)調(diào)了這些磁光材料的獨(dú)特之處，在于它們?cè)试S使用外部磁場(chǎng)來(lái)調(diào)控光的傳播方式。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)成員利用電流對(duì)微小磁體進(jìn)行了編程，用以保存信息。這些磁體反過(guò)來(lái)又決定了光在材料內(nèi)部如何行進(jìn)，從而使得復(fù)雜運(yùn)算，如矩陣向量乘法得以實(shí)施，這是所有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的關(guān)鍵組成部分。

總編輯圈點(diǎn)：

數(shù)字化時(shí)代，各種各樣的應(yīng)用和場(chǎng)景源源不斷地產(chǎn)生著海量數(shù)據(jù)。如何更高效地處理和分析這些數(shù)據(jù)，同時(shí)又盡量降低能耗？這就對(duì)計(jì)算機(jī)的效率和能耗都提出了極高要求。用于超快計(jì)算的新型磁光存儲(chǔ)器，正是在這樣的技術(shù)背景下應(yīng)運(yùn)而生。它的開(kāi)關(guān)速度實(shí)現(xiàn)上百倍提升，同時(shí)能耗又顯著降低，很好地契合了超快計(jì)算對(duì)高性能存儲(chǔ)器的需求。可以預(yù)見(jiàn)，越來(lái)越多高性能存儲(chǔ)器的誕生，將為更加高效、流暢、即時(shí)的通信提供堅(jiān)實(shí)技術(shù)支撐。