Memorie fotoniche: memorizzare i dati con la luce

I moderni computer presentano formidabili velocità di calcolo grazie all'integrazione sempre più spinta e ad alle architetture multi core. Per sfruttare al meglio tali performance si necessitano memorie sempre più veloci affinchè un flusso costante di dati possa "alimentare" i  processori. Il vero collo di bottiglia nell'architettura di von Neumann sta proprio nella scarsa velocità della memoria di massa, nell'estrazione delle informazioni. Nuove tipologie di memorie sono state quindi pensate per aggirare il cosiddetto "memory wall", e tra queste vi sono le memorie fotoniche in grado di memorizzare i dati grazie alla luce. Tali memorie non sono solo più veloci ma presentano altri vantaggi che andremo a scoprire in questo articolo facendo le opportune comparazioni con le tradizionali memorie elettroniche.

Il collo di bottiglia

Tutti i dispositivi di tipo smart con cui quotidianamente abbiamo a che fare contengono al loro interno principalmente 2 tipologie di memorie:

  • Una "solida", dove i dati vengono archiviati e conservati anche quando viene a mancare l'alimentazione, che tutti conosciamo come hard disk.
  • Una "volatile", dove i dati vengono memorizzati momentaneamente e che si cancella nel caso venga a mancare l'alimentazione, anche detta RAM.

La presenza dei due tipi è dovuta al fatto che la memoria solida presenta una ridotta velocità di estrazione dei dati che rischierebbe di lasciare senza input il processore per lunghi periodi. Per questo nel mezzo tra hard disk e processore viene inserita una memoria rapida come la RAM che viene caricata di dati per poi passarli ad alimentare l'unità di elaborazione.

Il classico esempio di questo meccanismo lo vediamo ogni volta che accendiamo il computer. Il sistema operativo deve essere caricato dal disco rigido nella memoria volatile, per questo il calcolatore avrà bisogno di alcuni minuti di attesa da parte dell'utente prima di essere completamente operativo.

Quella appena fatta altro non è che una descrizione di molto semplificata dell'architettura di von Neumann alla base di quasi tutti i calcolatori moderni nonostante i quasi 70 anni dalla sua formulazione (Figura 1).

Architettura di von Neumann

Figura 1: Architettura Von Neumann

I processori degli ultimi anni sono passati ad una architettura multi core, ma nonostante l'aumento del quantitativo di memoria volatile, il sistema non riesce a sfruttare a pieno le potenzialità del calcolo parallelo. Il vero limite alle prestazioni dei calcolatori resta quindi il fattore memoria di massa.

La pubblicazione della riuscita realizzazione del primo elemento di memoria ottica di tipo non volatile ha suscitato interesse nella comunità scientifica. Le prospettive sono quelle di riuscire ad elaborare e immagazzinare i dati puramente in forma ottica. Ciò consentirebbe non solo di aggirare i limiti di velocità di calcolo imposti dalle attuali memorie elettroniche, ma anche di evitare il dissipamento di energia per effetto Joule da parte dei componenti e il relativo sistema di raffreddamento, rendendo tutto più veloce ed efficiente.

I fautori della ricerca corrispondono ai nomi di: Harish Bhaskaran, un nanoingegnere presso l'Università di Oxford e Wolfram Pernice ingegnere elettrico presso il Karlsruhe Institute of Technology in Germania. Insieme hanno pubblicato un articolo dal titolo "Photonic non-volatile memories using phase change materials".

Prima di approfondire la ricerca in questione, per meglio comprendere i vantaggi della tecnologia proposta, faremo una carrelata dei principali sistemi di memorizzazione elettronici.

Le memorie in ambito informatico possono essere classificate secondo diversi criteri, come ad esempio la modalità d'accesso, la tecnologia di base, la [...]

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2 Commenti

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio 15 aprile 2016
    • Andrea Garrapa Andrea Garrapa 15 aprile 2016

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