İngiltere’de Oxford Üniversitesi ve Münster Üniversitesi’ndeki malzeme bilimcilerin çalışması sonucu dünyada ilk defa kalıcı veri depolayabilen ışık tabanlı bir bellek yongası geliştirildi. Bu çalışmaya Karlsruhe ve Exeter üniversitelerinden ekipler de katıldı.
Günümüzde bilgisayarlar, işlemci ve bellek arasında göreceli olarak yavaş kalan elektronik veri transferi sebebiyle daha fazla hızlanamıyor. “Von Neumann darboğazı” olarak bilinen bu durum; belleğin yavaşlığı sebebiyle daha hızlı işlemci kullanmanın mânâsız olduğunu ifade etmektedir. Ancak bu yeni buluşla işler değişecek gibi görünüyor. Oxford Üniversitesi’nden Prof. Harish Bhaskaran basına verdiği demeçte “Bu durumda ışık kullanmanın hızı bariz şekilde arttıracağını düşünüyoruz” diyor.
Işık tabanlı bilgisayarlar, elektronların yerine ışık hüzmeleri ya da fotonlar kullanarak kolayca elde edilemiyor. Bu işlem veri göndermede hızı arttırsa da veri bilgisayara ulaştığında, günümüzdeki silikon yongalar fotonların elektrona dönüştürülmesine ihtiyaç duyuyor. Bu her şeyi yavaşlatıyor ve fazladan enerji harcatıyor, dolayısıyla sadece elektron kullanılan durumdan bile daha az verim elde ediliyor.
Bu sebeplerle, bilgisayarları yeniden tasarlamak ve elektrik yerine ışıkla çalışan bilgisayarlar yapmak hedeflendi. Işık tabanlı yongalar, hedefe atılan ilk adımlar. Araştırmacılar daha önce bu tür fotonik hafızaları üretmeyi denediler. Ancak elde edilen uçucu bellekler, kalıcı olmamalarının yanı sıra veri depolamak için ekstra güç istiyordu.
Bhaskaran ve çalışma arkadaşları çalışmalarıyla “dünyanın ilk tamamen fotonik kalıcı bellek yongasını” tanıttılar. Yonga, veri depolama sırasında tekrar yazılabilir CD ve DVD’lerde bulunan malzemeyi (GST) kullanıyor. Bu malzeme, elektrik ya da optik sinyaller kullanarak cam gibi amorf bir duruma ya da metal gibi kristal duruma geçebiliyor. “Nature Photonics” bilimsel dergisinde yayınlanan çalışmada araştırmacılar cihazın ışığı taşımak için silikon nitrit üstindeki küçük GST parçasını (dalga kılavuzu) kullandığını ifade ediyorlar.
Araştırmacılar yüksek yoğunlukta ışık sinyallerini dalga klavuzuna yollayarak GST’nin durumunu değiştirebiliyor. Çok yoğun bir sinyal, anlık bir erime ve GST’de hızlı bir soğuma için kullanılabilirken, cama benzer amorf bir yapı kazandırıyor. Daha düşük yoğunluklu bir sinyal dalga kılavuzuna gelince ekip sıcaklığı kristalleşme noktasının üstünde, ancak erime noktasının da altında olacak şekilde yükseltir ve GST kristal duruma geçer. Ancak çok düşük yoğunlukta ışık, dalga klavuzuna yollandığında, az miktarda ışık GST’ye sızar. GST’nin bulunduğu duruma göre, dalga klavuzunun bir ucundan diğerine, biraz fazla ya da biraz az ışık geçirilir.
Ekip bu farkı çok yüksek bir hassasiyetle ölçebiliyor ve GST’nin kristal ya da amorf durumda olduğunu söyleyebiliyor. Güçlü sinyallerle yazarak ve zayıf sinyallerle okuyarak, araştırmacılar normal bir bellekte bulunan 1’leri ve 0’ları kolayca kopyalayabiliyorlar.
Daha önceki optik belleklerden farklı olarak yeni cihaz yazılanları tutuyor. Bhaskaran “Kanıtlanmış bir durum: Bu malzeme 50 yıldır çalışılıyor, aynı durumda onlarca yıl kalabileceğini biliyoruz” diyor. Ekip bu cihazın, “üretilen ilk kalıcı entegre, optik bellek cihazı olduğunu” söylüyor ve “bunu başarmak için kullanılan malzemenin de uzun vadeli veri kaydetmeyle tanınan malzeme olduğunu” vurguluyor.
Araştırmacılar şimdi de “tüm bilgisayar mimarisinin yeniden nasıl tasarlanırsa, ışık tabanlı yonganın, elektrik sinyalleri yerine, ışık kullanarak diğer birimlerle direk etkileşime geçebileceğini” bulmaya çalışıyorlar.
Malzemenin farklı hâllerinin farklı fiziksel özellikler taşımasından dolayı, bilginin maddenin farklı durumlarında saklanabileceği fikri üzerine kurulu bu çalışma, yine malzeme biliminin hayatımıza getirdiği bir yenilik. Bu teknolojiyle ve bilgisayar mimarisinde atılacak yeni adımlarla, CD ve DVD’lerde kullanılan bu malzeme, günümüz bilgisayarlarının hızını arttırmaya yardımcı olabilecek. Bu buluş ışık tabanlı yongalarla, belki de günün birinde ışık hızında veri yollamamızı ve almamızı sağlama yolunda, umut verici ilk adımı attı.
Kaynak: University of Oxford, Science Alert, Gizmodo
