研究人员开发出首款可在商业化平台上制造的光子存储器，解决了传统电子计算中信号传输慢、能耗高的问题。这项名为“再生光子锁存器”的技术，首次实现了在光学域内直接存储和再生数据，无需转换成电信号，从而为开发超高速、低能耗的光子计算机铺平了道路，并具备了规模化生产的潜力。
传统计算的瓶颈
随着计算需求的激增，传统电子系统正面临其基本物理限制。
- 互连延迟: 金属导线传输电信号的速度有限，并会产生电阻和热量，这同时制约了系统的 速度和效率。
- 存储瓶颈: 即使是使用光来高速传输信息的光子处理器，也仍然依赖传统的电子存储器。
- 能源浪费: 在光学（光信号）和电学（电信号）域之间不断切换会浪费大量能源，并限制系统整体性能。
现代计算面临的一个同样紧迫的障碍是存储和检索数据所需的速度和能量。
光子存储的突破
为了解决这些问题，南加州大学和威斯康星大学麦迪逊分校的研究团队开发出了一项关键技术：再生光子锁存器。
- 光学等效物: 这种设备是电子存储比特（bit）在光学领域的对应物，可以在 光学域内 直接操作数据。
- 核心功能: 它能够将数据存储为光信号，并且关键在于可以“再生”该信号以抵抗噪声、保持数据稳定。其工作原理类似于标准电子 RAM，但速度更快。
- 关键组件: 在此之前，一个能够在光学域内运行的、稳健的存储技术一直是缺失的一环。这项突破为构建完整的光子计算机补上了关键部分。
“要充分发挥光子计算在人工智能加速器等领域的潜力，我们需要像电子存储器一样通用和强大的光子存储器。” —— Ajey P. Jacob, 南加州大学信息科学研究所
商业化与未来展望
这项技术不仅仅是一个实验室的概念验证，它是一个使用行业标准流程制造的功能性组件，已经为商业化和规模化生产做好了准备。
- 基于商业平台制造: 该设备是在 GlobalFoundries Fotonix™ 平台上制造的，这是一个商业化的 300 毫米硅光子平台。这意味着该技术可以立即进行规模化生产。
- 迈向光子 SRAM: 研究人员已经在探索如何将这种光子锁存器架构扩展成一个完整的光子 SRAM 系统，这是当今电子处理器核心组件 SRAM 的光学版本。
- 现实应用: 这项工作使得基于光的计算更接近现实世界的应用，尤其是在需要超高速度和高能效的 人工智能 和 数据中心 领域。
该研究成果计划于 2025 年 IEEE 国际电子器件会议（IEDM）上正式发布。