News Optischer Prozessor: Forscher speichern Licht - über 500 Schreibzyklen möglich

PCGH-Redaktion

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Forschern ist es gelungen, Lichtsignale in einer kleinen Polymer-Matrix zu speichern. Auf dem Weg zu optischen Prozessoren könnte das wichtig werden, bis dahin ist es aber noch ein weiter Weg.

Was sagt die PCGH-X-Community zu Optischer Prozessor: Forscher speichern Licht - über 500 Schreibzyklen möglich

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Für eine "Burn Notice" würden schon 500 Schreibzyklen reichen, ansonsten ist das schon noch ein bisschen wenig. Selbst QLC SSDs sind da noch wesentlich besser...
 
wäre geil, wenn der redakteur die speicherdichte in relation mit der bisherigen konventionellen technik und mit exotischen kram wie 3d glas keramik oder den alten tesafilm setzt. hab zwar eingutes gedächniss, aber das hab ich wieder vergessen. :ugly: es würde halt den charakter der grundlagenforschung zum vorscheinbringen.
 
wäre geil, wenn der redakteur die speicherdichte in relation mit der bisherigen konventionellen technik und mit exotischen kram wie 3d glas keramik oder den alten tesafilm setzt. hab zwar eingutes gedächniss, aber das hab ich wieder vergessen. :ugly: es würde halt den charakter der grundlagenforschung zum vorscheinbringen.
Seitdem Tesa scheinbar qualitativ nachgelassen hat - selbst Billigpaketklebeband ist rissfester und dicker als der Mist von Tesa, den ich zuletzt hatte - würde ich nicht mehr auf Tesafilm setzen. :ugly:
 
wäre geil, wenn der redakteur die speicherdichte in relation mit der bisherigen konventionellen technik und mit exotischen kram wie 3d glas keramik oder den alten tesafilm setzt. hab zwar eingutes gedächniss, aber das hab ich wieder vergessen. :ugly: es würde halt den charakter der grundlagenforschung zum vorscheinbringen.
Moin!

Hier mal zwei Vergleichswerte mit traditionellem Speicher:
Der Speicher hier: 0,04 Bit pro µm²
CD: ca. 0,77 Bit pro µm²
NAND-Speicherr it ~320 Lagen: ca. 20.000 Bit pro µm²
 
Über optische CPUs habe ich schon vor 20 Jahren einen überaus euphorischen Artikel gelesen, der mir in lebhafter Erinnerung geblieben ist. Ich habe daraus gelernt das nicht alles was möglich ist auch finanziert wird.
 
Über optische CPUs habe ich schon vor 20 Jahren einen überaus euphorischen Artikel gelesen, der mir in lebhafter Erinnerung geblieben ist. Ich habe daraus gelernt das nicht alles was möglich ist auch finanziert wird.

Das Problem ist, dass sich alle Alternativen am bewährten, in dem Fall die Siliziumtechnologie, messen lassen müssen. Es mag zwar technisch beeindruckend sein, dass man auch mit Licht rechnen kann, aber würdest du für dieses Kuriosum ernsthaft hunderterte bis tausende Euro ausgeben, wenn es von einem Siliziumchip für ein paare Cent geschlagen wird? Vermutlich nicht. Das gleiche gilt für die anderen Vorteile. Mag sein, dass man damit theoretisch bei mehreren hundert °C rechnen kann, was allerdings erst noch bewiesen werden muß. Das könnte auf einer Venusmission wichtig sein. Allerdings kann man auch einfach eine Kühlbox bauen und darin einen normalen Computer unterbringen. Mit einem zwei bis dreistufigen Kompressorkreislauf sollten 10W ein klacks sein und dann kommt man mit normaler Hardware (Energiespar CPU sowie normaler RAM und Flash) extrem weit und muß nicht erst eine völlig neue Technologie erforschen. So eine Kompressorbox kann man für ein paar Zehntausend € entwickeln und für ein paar hunderttausend € weltraumtauglich testen. Eine komplett neue Art von Computer zu entwickeln wird hingegen bestenfalls Milliarden kosten.

Die Kosten, die in die Entwicklung der Siliziumchips geflossen sind, bewegen sich im Bereich der Billionen €, da haben die Alternativen einen schweren Stand.

Die einzige Alternative, die groß finanziert wird, ist der Quantencomputer.
 
Zuletzt bearbeitet:
Für eine "Burn Notice" würden schon 500 Schreibzyklen reichen, ansonsten ist das schon noch ein bisschen wenig. Selbst QLC SSDs sind da noch wesentlich besser...
Es steht im Artikel nirgends, dass es nur 500 schreibzyklen sind.
Es steht drinnen, dass nach 500 Schreibzyklen keine Verschlechterung der Signalqualität registriert wurde.
Das heißt, dass einfach nicht weiter als 500 Zyklen getestet wurde. Es können genauso gut 10.000.000 sein.
 
Optischer Prozessor: Forscher speichern Licht - über 500 Schreibzyklen möglich

Ich bin verwirrt, funktioniert das so gut, wie den Strom im Netz zu speichern? Oder sollte da stehen, das mittels Licht etwas gespeichert wurde. Licht speichern zu können wäre nicht nur für die Mikroelektronik ein Segen...
 
Ich bin verwirrt, funktioniert das so gut, wie den Strom im Netz zu speichern? Oder sollte da stehen, das mittels Licht etwas gespeichert wurde. Licht speichern zu können wäre nicht nur für die Mikroelektronik ein Segen...
Laut dem auf Wiley veröffentlichten Paper gelang es den Forschern, mit Lichtsignalen Buchstaben innerhalb weniger Sekunden auf eine Polymer-Matrix zu schreiben und zu lesen.
Klingt für mich Technik-Noob wie irgendwas Richtung "ein Laser schreibt auf eine CD". :ugly:

Oder ist hier wirklich Licht als gespeicherte Information gemeint? "Licht speichern" klingt erstmal so, aber "mit Lichtsignalen Buchstaben speichern" klingt eher wieder wie das Brennen einer CD. :confused:
 
Klingt für mich Technik-Noob wie irgendwas Richtung "ein Laser schreibt auf eine CD". :ugly:

Oder ist hier wirklich Licht als gespeicherte Information gemeint? "Licht speichern" klingt erstmal so, aber "mit Lichtsignalen Buchstaben speichern" klingt eher wieder wie das Brennen einer CD. :confused:
Ich schätze mal das hat hier mit zu tun


Aber ganz genau habe ich das nicht verstanden.
 
Ich schätze mal das hat hier mit zu tun

Ah, der photoelektrische Effekt, ein paradigmatischer Exponent der quantenmechanischen Interaktionstheorie, bezeichnet den Prozess der energieinduzierten Dekohäsion eines Elektrons aus einem atomaren oder festkörperlichen Bindungszustand infolge der Einwirkung eines quantisierten elektromagnetischen Strahlungsfeldes, wobei die photonische Energieübertragung an das Elektron dessen kohärente Bindung an das elektrochemische Potentialgitter durchbricht. Und so weiter.


Hm, das könnte möglicherweise gemeint sein. Aber ich hab leider überhaupt keine Ahnung, was das alles bedeutet. :ugly:

Im Ernst, ist das nicht eher die Geschichte mit Solar und Strom und so? Kann das mit dem Licht speichern mal jemand so erklären, dass das auch 10-Jährige verstehen? :D
 
@RyzA
Elektroingenieur hier^^ Hatte zwar alle Optik-Vorlesungen, aber das Gebiet ist zu klein um relevant zu sein. Daher: Nicht mein Fachgebiet, aber ich versuch mal mein Glück.

Der Photoelektrische Effekt ist mMn nicht das Besondere an dem Speicher.

Wenn ich das Paper richtig verstehe - wie gesagt: nicht mein Gebiet - dann strahlt man die Speicherzellen mit dem richtigen UV-Licht an, um sie stärker fluoreszent zu machen. Wenn man dann mit sichtbarem Licht darauf strahlt, leuchten manche Gebiete stark zurück (1), und andere nur schwach (0). Durch das Anleuchten geht die starke Fluoreszenz aber zunehmend verloren, sie dürfte also nach ein paar Lesezyklen eine Auffrischung benötigen.

Schreiben:
- Mit sichtbarem Licht bestrahlen, bis nichts mehr stark leuchtet (Alles auf 0)
- Mit UV-Licht die Zellen bestrahlen, die stärker leuchten sollen (Manche auf 1)

Lesen:
- Mit sichtbarem Licht bestrahlen und schauen, was zurück leuchtet
- Wenn man zu oft gelesen hat: Gleich wieder neu beschreiben
 
@RyzA
Elektroingenieur hier^^ Hatte zwar alle Optik-Vorlesungen, aber das Gebiet ist zu klein um relevant zu sein. Daher: Nicht mein Fachgebiet, aber ich versuch mal mein Glück.

Der Photoelektrische Effekt ist mMn nicht das Besondere an dem Speicher.

Wenn ich das Paper richtig verstehe - wie gesagt: nicht mein Gebiet - dann strahlt man die Speicherzellen mit dem richtigen UV-Licht an, um sie stärker fluoreszent zu machen. Wenn man dann mit sichtbarem Licht darauf strahlt, leuchten manche Gebiete stark zurück (1), und andere nur schwach (0). Durch das Anleuchten geht die starke Fluoreszenz aber zunehmend verloren, sie dürfte also nach ein paar Lesezyklen eine Auffrischung benötigen.

Schreiben:
- Mit sichtbarem Licht bestrahlen, bis nichts mehr stark leuchtet (Alles auf 0)
- Mit UV-Licht die Zellen bestrahlen, die stärker leuchten sollen (Manche auf 1)

Lesen:
- Mit sichtbarem Licht bestrahlen und schauen, was zurück leuchtet
- Wenn man zu oft gelesen hat: Gleich wieder neu beschreiben
So funktioniert das also. Danke für die Erklärung. :daumen:
 
Ah, danke. Jetzt kommen wir vorwärts. :D

Ich Noobel hab dazu jetzt einfach mal Prof. Dr. Dr. ChatGPT befragt:

Frage:
Heißt Fluoreszenz, dass Licht "gespeichert" wird, bzw. ist das technisch so korrekt?

Antwort:
Nein, bei der Fluoreszenz wird Licht nicht „gespeichert“ im technischen Sinne, sondern es handelt sich um einen Prozess, bei dem Licht (in Form von Photonen) absorbiert und dann nahezu unmittelbar (innerhalb von Nanosekunden) wieder emittiert wird.

Genauer gesagt: Ein Material absorbiert Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich (typischerweise im ultravioletten oder sichtbaren Bereich) und regt dadurch seine Elektronen an. Diese Elektronen springen auf ein höheres Energieniveau. Wenn die Elektronen wieder in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehren, geben sie die aufgenommene Energie in Form von Licht ab. Dieses emittierte Licht hat in der Regel eine längere Wellenlänge (also eine geringere Energie) als das absorbierte Licht. Dies ist der Grund, warum Fluoreszenz häufig bei Licht im sichtbaren Bereich beobachtet wird, auch wenn das absorbierte Licht ultraviolett ist.

Der Unterschied zwischen Fluoreszenz und Phosphoreszenz liegt unter anderem darin, dass bei der Fluoreszenz diese Energie fast sofort wieder abgegeben wird (innerhalb von Nanosekunden), während bei der Phosphoreszenz die Emission über längere Zeiträume, manchmal sogar Minuten oder Stunden, erfolgt. Phosphoreszenz könnte man eher als „Lichtspeicherung“ beschreiben.

Zusammengefasst: Bei der Fluoreszenz wird das Licht nicht „gespeichert“, sondern direkt nach der Absorption wieder abgegeben.

Keine Ahnung ob und inwiefern das jetzt auf diesen "optischen Prozessor" zutrifft, zumal es sich für mich eher nach nem Speicher anhört. Aber wie gesagt, ich nix Ahnung. :ugly:


Edit:
Und wo ich den Prof. Dr. Dr. gerade eh in der Leitung habe:

Frage: Was ist ein optischer Prozessor

Antwort:
Ein optischer Prozessor ist ein Gerät, das Licht (Photonen) anstelle von Elektrizität (Elektronen) verwendet, um Informationen zu verarbeiten. Anders als herkömmliche elektronische Prozessoren, die auf elektrischen Strömen basieren, arbeiten optische Prozessoren mit Lichtsignalen, typischerweise durch den Einsatz von Laserstrahlen oder optischen Fasern. Diese Technologie hat das Potenzial, viele der Einschränkungen herkömmlicher Elektronik zu überwinden, insbesondere im Hinblick auf Geschwindigkeit und Energieeffizienz.

Funktionsprinzip:​

  1. Verarbeitung mit Licht: Anstatt elektrischer Signale werden Lichtimpulse verwendet, um Daten zu übertragen und logische Operationen auszuführen.
  2. Photonen statt Elektronen: Während Elektronen in Kupferleitungen oder Siliziumchips die Daten in elektronischen Prozessoren transportieren, übernehmen Photonen (Lichtteilchen) diese Aufgabe im optischen Prozessor.
  3. Optische Schaltkreise: Diese bestehen aus speziellen Materialien und Komponenten wie Wellenleitern, Lasern, optischen Fasern und anderen photonischen Bauteilen, die die Lichtsignale leiten und manipulieren können.

Vorteile von optischen Prozessoren:​

  • Geschwindigkeit: Licht bewegt sich mit der maximal möglichen Geschwindigkeit (Lichtgeschwindigkeit), was es theoretisch ermöglicht, Informationen schneller zu verarbeiten als mit elektrischen Signalen.
  • Geringer Energieverbrauch: Da Lichtwellen weniger Energie verlieren als elektrische Ströme in Widerständen, könnten optische Prozessoren effizienter arbeiten.
  • Keine elektromagnetischen Interferenzen: Optische Signale sind weniger anfällig für elektromagnetische Störungen, was eine stabilere Datenübertragung ermöglicht.
  • Parallele Datenverarbeitung: Licht kann auf verschiedenen Wellenlängen gleichzeitig übertragen werden (Wellenlängenmultiplexing), was zu einer höheren Datenkapazität und paralleler Verarbeitung führt.

Herausforderungen:​

  • Miniaturisierung: Es ist schwierig, die Komponenten eines optischen Prozessors so klein zu machen wie elektronische Schaltkreise.
  • Integration: Optische Systeme müssen mit bestehenden elektronischen Systemen kombiniert und integriert werden, da die meisten bestehenden Computertechnologien auf Elektronik basieren.
  • Materialien: Die Herstellung von Materialien, die in der Lage sind, Lichtsignale effizient zu steuern und zu verarbeiten, ist technisch herausfordernd.

Anwendungsmöglichkeiten:​

Optische Prozessoren könnten in Bereichen wie supercomputing, künstlicher Intelligenz, Datenzentren und Telekommunikation eine Rolle spielen, wo extrem schnelle und effiziente Datenverarbeitung benötigt wird.
Zusammengefasst ist ein optischer Prozessor ein potenzieller Durchbruch in der Rechen- und Informationstechnologie, der Licht als Medium zur Datenverarbeitung verwendet und Vorteile in Bezug auf Geschwindigkeit, Energieeffizienz und Kapazität gegenüber herkömmlichen elektronischen Prozessoren bieten könnte.

Ok, klingt definitiv nach "will ich haben", aber leider irgendwie auch nach "werd ich nicht mehr erleben"...


Edit2:

Speziell den Punkt "Wellenlängenmultiplexing" find ich ja interessant. Heißt, man könnte quasi mehrere (aktuell so genannte) Datenpins einer CPU zusammenfassen, korrekt? Kann jemand aus der Hüfte schießen, wie viele aktuelle Datenpins man so ungefähr mittels Wellenlängenmultiplexing über einen "optischen Pin" übertragen könnte? Faktor 10? Oder vielleicht auch Faktor 100? :confused:

@PCGH_Torsten wo bist du, wenn man (ich) dich braucht! :D

Edit3:

Ok, jetzt bin ich im "Rabbit Hole". :ugly:

Frage:
Wie viele Datenpins aktueller CPUs könnte man, speziell mittels Wellenlängenmultiplexing, ungefähr durch einen "optischen Pin" ersetzen?

Kurze Antwort:
Wenn wir 16 Gbps pro elektrischen Pin als Referenz nehmen, könnte ein einzelner optischer Datenpin mit WDM etwa 50-mal bis 500-mal so viele Daten transportieren wie ein einzelner elektrischer Datenpin, je nachdem, wie viele Wellenlängen und welche Übertragungsrate pro Wellenlänge verwendet werden.

Komplette Antwort:
Um die Anzahl der Daten, die über einen einzelnen optischen Datenpin mittels Wellenlängenmultiplexing (Wavelength Division Multiplexing, WDM) im Vergleich zu den Datenpins (Kontakten) einer aktuellen CPU transportiert werden könnten, zu vergleichen, muss man einige grundlegende Überlegungen berücksichtigen:

1. Datenübertragungsrate pro Pin bei aktuellen CPUs

Moderne CPUs wie die Intel Core- oder AMD Ryzen-Prozessoren haben Tausende von Pins (z.B. der AMD Ryzen 9 7950X hat 1718 Pins). Nicht alle diese Pins sind für Datenübertragungen da; einige sind für Stromversorgung, Masse, Steuerungs- und Adressleitungen verantwortlich.

Die tatsächlichen Datenpins moderner CPUs (für Speicher- und Datenbusse) haben Übertragungsraten von mehreren Gigabit pro Sekunde (Gbps) pro Pin. Zum Beispiel kann ein einzelner PCIe-4.0-Pin Daten mit etwa 16 Gbps transportieren.

2. Optische Übertragungsrate pro Wellenlänge

Bei optischen Verbindungen ist die Datenrate pro Wellenlänge ebenfalls im Bereich von mehreren 10 Gbps bis 100 Gbps oder sogar mehr, abhängig von der Technologie. Im Jahr 2023 kann ein einzelner optischer Kanal (eine Wellenlänge) in einem Hochgeschwindigkeitsnetzwerk leicht 100 Gbps erreichen. Optische Transceiver wie die in Datenzentren verwendeten Module (z.B. QSFP28) bieten Übertragungsraten von 100 Gbps pro Wellenlänge.

3. Wellenlängenmultiplexing

Beim Wellenlängenmultiplexing (WDM) können mehrere Wellenlängen (jedes mit eigener Datenlast) über ein einzelnes optisches Kabel oder Pin gleichzeitig transportiert werden. Moderne WDM-Systeme können bis zu 80 bis 160 Wellenlängen gleichzeitig nutzen, wobei jede Wellenlänge eine Übertragungsrate von 10 bis 100 Gbps haben kann. In der Telekommunikation gibt es Systeme, die sogar 400 Gbps pro Wellenlänge erreichen.

Vergleich: Optischer Datenpin vs. Elektrischer Datenpin​

Elektrische Datenpins:​

  • Ein elektrischer Datenpin kann je nach Technologie etwa 16 Gbps transportieren.

Optischer Datenpin mit WDM:​

  • Ein optischer Datenpin könnte mit einem 10-Gbps-Standard pro Wellenlänge und 80 Wellenlängen (typisch für dichte WDM-Systeme, DWDM) theoretisch 800 Gbps transportieren.
  • Mit einer moderneren 100-Gbps-Wellenlänge und 80 Wellenlängen wären es bis zu 8 Terabit pro Sekunde (Tbps).

Verhältnis:​

  • Wenn wir 16 Gbps pro elektrischen Pin als Referenz nehmen, könnte ein einzelner optischer Datenpin mit WDM etwa 50-mal bis 500-mal so viele Daten transportieren wie ein einzelner elektrischer Datenpin, je nachdem, wie viele Wellenlängen und welche Übertragungsrate pro Wellenlänge verwendet werden.

Fazit:​

Ein einzelner optischer Datenpin mit Wellenlängenmultiplexing (WDM) könnte die Datenmenge von Dutzenden bis Hunderten elektrischer Datenpins ersetzen. Während ein elektrischer Pin derzeit etwa 16 Gbps transportiert, könnte ein optischer Pin leicht zwischen 800 Gbps und mehreren Tbps transportieren, abhängig von der Anzahl der Wellenlängen und der Übertragungsrate pro Wellenlänge. Dies macht optische Verbindungen zu einer äußerst vielversprechenden Technologie für zukünftige Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungen in CPUs und anderen Rechensystemen.

Also DAS find ich interessant, nicht ob man einen Buchstaben auf irgendeine "Plastikfolie" gelötet hat. :D
 
Zuletzt bearbeitet:
@INU.ID
Der Speicher funktioniert, indem man manche Speicherzellen stärker fluoreszent macht. Es wird also Licht gespeichert, indem es in die Fähigkeit zum Zurückleuchten umgewandelt wird. Deshalb muss man die Zellen zum Lesen wieder anleuchten - sonst könnte kein Licht zurückkommen ;)

Wellenlängenmultiplexing: Bei Glasfaserleitungen ist man afair gerade bei 80 Kanälen, die gleichzeitig pro Faser übertragen werden. Das ist aber weit komplexer als einfach nur "reinleuchten, fertig". Ich verweise da mal auf meinen Plus-Artikel ;) Spoiler: Licht beeinflusst Materie. Materie beeinflusst Licht. Und am Ende sitzt ein weinender Ingenieur, der aus den Daten am Ende irgendwie die originale Nachricht wiederherstellen soll :kaffee:
 
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