Την πρώτη οπτική «κρυφή» μνήμη υπολογιστών στον κόσμο δημιούργησαν ερευνητές του ΑΠΘ

Την πρώτη οπτική «κρυφή» μνήμη υπολογιστών στον κόσμο, η οποία αποθηκεύει φως αντί για ηλεκτρικό ρεύμα και μπορεί μελλοντικά να επιτρέψει την εκτίναξη της υπολογιστικής ισχύος, αλλάζοντας την ίδια την αρχιτεκτονική των τσιπ και των υπολογιστικών συστημάτων, δημιούργησε ερευνητική ομάδα του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης (ΑΠΘ).

Η νέα μνήμη cache «χτίζει» πάνω στην παρακαταθήκη που είχε δημιουργήσει η ίδια ομάδα, όταν πριν από λίγα χρόνια έκανε την πειραματική επίδειξη της ταχύτερης οπτικής μνήμης RAM στον κόσμο. Και τα δύο επιτεύγματα απέχουν ακόμα αρκετά χρόνια από την πιθανή διάθεσή τους στην αγορά ως εμπορικά προϊόντα, όπως επισημαίνουν στο ΑΠΕ-ΜΠΕ οι ερευνητές, αλλά θέτουν τα θεμέλια για την επίλυση ενός από τα σημαντικότερα και πιο μακρόβια προβλήματα των υπολογιστών, αυτού που χαρακτηρίζεται ως «Τείχος Μνήμης»: δηλαδή του γεγονότος ότι οι ταχύτητες των μνημών στους υπολογιστές αυξάνονται με πολύ πιο αργό ρυθμό από εκείνες των επεξεργαστών, με αποτέλεσμα να δημιουργείται ένα συνεχώς αυξανόμενο χάσμα στις επιδόσεις τους.

«Πρόκειται για μια πολύ ριζοσπαστική ιδέα, γιατί φεύγουμε από τη συνηθισμένη και παραδοσιακή αρχιτεκτονική των υπολογιστών. Υλοποιήσαμε τη μνήμη και επιβεβαιώσαμε την αρχή της λειτουργίας της, αλλά για να βγει στην αγορά θα πρέπει να διανυθεί μια διαδικασία. Η τρέχουσα μνήμη που δημιουργήσαμε μπορεί για πρώτη φορά να αποθηκεύει 16 bits σε μια πλήρως διευθυνσιοδοτούμενη αρχιτεκτονική οπτικής μνήμης, αλλά βλέπουμε πως υπάρχει προοπτική να φτάσουμε και σε χιλιάδες bits. Για να επιτευχθεί κάτι τέτοιο θα χρειαζόταν περαιτέρω έρευνα σε επίπεδο φωτονικής ολοκλήρωσης, ώστε να φτάσουμε σε ένα νέο τύπου τσιπάκι. Αυτό θα απαιτούσε από μόνο του πέντε με δέκα χρόνια, ώστε μετά να εξελιχθεί η έρευνά μας σε προϊόν», εξηγεί στο ΑΠΕ-ΜΠΕ η ερευνήτρια Θεόνη Αλεξούδη, μέλος της ερευνητικής ομάδας Ασύρματων και Φωτονικών Συστημάτων και Δικτύων WinPhos του ΑΠΘ, από κοινού με τους υποψήφιους διδάκτορες Χρήστο Παππά και Θεόδωρο Μόσχο, τον ερευνητή και διδάκτορα Χρήστο Βαγιωνά και τον απανπληρωτή καθηγητή του Τμήματος Πληροφορικής του ΑΠΘ, Νίκο Πλέρο.

Γιατί όμως είναι σημαντική η δημιουργία αυτής της μνήμης; Ποιες θα ήταν οι εφαρμογές της στην πράξη; Κατά τη Θεόνη Αλεξούδη, η δημιουργία αυτής της μνήμης -που χρηματοδοτείται από δύο προγράμματα της Γενικής Γραμματείας Έρευνας και Τεχνολογίας και του Ελληνικού Ιδρύματος Έρευνας και Καινοτομίας- μπορεί να έχει πρακτική εφαρμογή σε συστήματα υπερυπολογιστών και οπτικούς δρομολογητές (rooters). Το βασικότερο πλεονέκτημα είναι ότι η οπτική μνήμη δεν χρειάζεται να τοποθετηθεί στο ίδιο τσιπ με τους επεξεργαστές, κάτι που σημαίνει ότι μπορεί να διασφαλιστεί για λειτουργίες υπολογισμών και πράξεων πολύτιμος ζωτικός χώρος, που σήμερα καταλαμβάνει η «παραδοσιακή» μνήμη. «Αναλογικά με τον χώρο που απελευθερώνεται από τη μνήμη και αποδίδεται στους επεξεργαστές στο τσιπ, μπορούμε να έχουμε πολύ σημαντική αύξηση υπολογιστικής ισχύος, κατά 40%, 50% ή 60%» λέει, επισημαίνοντας ότι για πρώτη φορά δίδεται η δυνατότητα να αξιοποιηθεί μελλοντικά έως και το 100% της χωρητικότητας του τσιπ αποκλειστικά για λειτουργίες υπολογισμών και πράξεων.

Το πειραματικό πρωτότυπο της cache που αναπτύχθηκε στο ΑΠΘ επιδεικνύει για πρώτη φορά ασύγκριτες, για την επιστημονική κοινότητα, ταχύτητες ανάγνωσης και εγγραφής δεδομένων της τάξης των 20Gb/s (gigabits/δευτερόλεπτο) ανά γραμμή κρυφής μνήμης, δηλαδή 20 δισεκατομμύρια δυαδικά ψηφία μέσα σε ένα δευτερόλεπτο! Η έρευνα ανακοινώθηκε πρόσφατα στο Παγκόσμιο Διεθνές Συνέδριο Οπτικών Επικοινωνιών, στο Σαν Ντιέγκο των Η.Π.Α, ενώ οι καινοτόμες ερευνητικές ιδέες της ομάδας του ΑΠΘ χρηματοδοτούνται από το Ελληνικό Ίδρυμα Έρευνας και Καινοτομίας (ΕΛΙΔΕΚ) και τη Γενική Γραμματεία Έρευνας και Τεχνολογίας (ΓΓΕΤ), μέσα από τα ερευνητικά έργα «CAM-UP – Οπτικές Μνήμες Προσπέλασης Περιεχομένου για γρήγορη αναζήτηση διεύθυνσης» και «ORION – Οπτικές Μνήμες Τυχαίας Προσπέλασης με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας για γρήγορη απόκριση και υψηλή ρυθμοαπόδοση σε υπολογιστικά περιβάλλοντα».

Πηγή ΑΠΕ