Το ΑΠΘ δημιουργεί την πρώτη οπτική «κρυφή» μνήμη Cache στον κόσμο

Με τη συμβολή του ΑΠΘ, τα μέλη της Ερευνητικής Ομάδας Ασύρματων και Φωτονικών Συστημάτων και Δικτύων WinPhoS του ΑΠΘ δημιούργησαν την πρώτη Οπτική «Κρυφή» Μνήμη (Cache memory) στον κόσμο, η οποία αποθηκεύει φως αντί για ηλεκτρικό ρεύμα και επιτυγχάνει την εγγραφή και την ανάγνωση λέξεων δεδομένων με τη μορφή φωτός.

Ύστερα από την πειραματική επίδειξη της γρηγορότερης οπτικής μνήμης RAM στον κόσμο πριν από λίγα χρόνια, όπου η ίδια ερευνητική ομάδα είχε καταφέρει να θέσει τα θεμέλια για την αποθήκευση πληροφορίας με τη μορφή φωτός, οι ερευνητές του ΑΠΘ προχώρησαν στην επέκταση της οπτικής RAM προς ολοκληρωμένα συστήματα κρυφών μνημών, όμοια με αυτά που χρησιμοποιούνται στους επεξεργαστές των υπολογιστών. Υλοποίησαν και αξιολόγησαν πειραματικά ένα ολοκληρωμένο πρωτότυπο οπτικό σύστημα «κρυφής» μνήμης Cache, το οποίο μπορεί, για πρώτη φορά, να αποθηκεύσει 16 bits (2 bytes) σε μία πλήρως διευθυνσιοδοτούμενη αρχιτεκτονική οπτικής μνήμης, επιτρέποντας την ανάγνωση και εγγραφή οπτικών λέξεων δεδομένων.


Οι ερευνητές του ΑΠΘ θέτουν τα θεμέλια για την επίλυση του προβλήματος του «Τείχους Μνήμης»

Το επιστημονικό επίτευγμα θέτει τα θεμέλια για την επίλυση ενός εκ των σημαντικότερων και μακροβιότερων προβλημάτων των υπολογιστών, το πρόβλημα του «Τείχους Μνήμης». Σύμφωνα με αυτό, οι ταχύτητες των μνημών αυξάνουν με πολύ πιο αργό ρυθμό από τις αντίστοιχες ταχύτητες των επεξεργαστών, με αποτέλεσμα να δημιουργείται ένα συνεχώς αυξανόμενο χάσμα μεταξύ των επιδόσεων των επεξεργαστών και των μνημών. Ως αποτέλεσμα, οι σύγχρονοι επεξεργαστές αναγκάζονται να εντάσσουν κρυφή μνήμη «cache» πάνω στο τσιπ του επεξεργαστή, καταλήγοντας όμως να δεσμεύεται συχνά έως και το 60% του συνολικού χώρου του επεξεργαστή για λειτουργίες μνήμης. 

Το οπτικό πρωτότυπο κρυφής μνήμης προσφέρει μία νέα εναλλακτική προοπτική για την απελευθέρωση «ζωτικού» χώρου στο τσιπ του επεξεργαστή: Μπορεί να αντικαταστήσει τις ηλεκτρονικές κρυφές μνήμες χωρίς να απαιτεί την ολοκλήρωσή του ακριβώς δίπλα στον επεξεργαστή, καθώς οι μεγάλες ταχύτητες λειτουργίας της κάνουν εφικτή τη χρήση της ως ένα ξεχωριστό τσιπ μνήμης, χωρίς να καθυστερεί η «τροφοδοσία» του επεξεργαστή με δεδομένα. Με τον τρόπο αυτό, δίνεται για πρώτη φορά η δυνατότητα να αξιοποιηθεί το 100% της χωρητικότητας του τσιπ του επεξεργαστή μόνο για λειτουργίες υπολογισμών και πράξεων.

Το πειραματικό πρωτότυπο που αναπτύχθηκε στο ΑΠΘ επιδεικνύει για πρώτη φορά ασύγκριτες, για την επιστημονική κοινότητα, ταχύτητες ανάγνωσης και εγγραφής δεδομένων της τάξης των 20Gb/s ανά γραμμή κρυφής μνήμης, δηλαδή 20 δισεκατομμύρια δυαδικά ψηφία μέσα σε ένα δευτερόλεπτο!

Με χρήση προηγμένων τεχνικών ολοκλήρωσης φωτονικών κυκλωμάτων, πιστεύεται ότι η χωρητικότητα της οπτικής κρυφής μνήμης θα μπορούσε να αυξηθεί σημαντικά και να προσεγγίσει τις χωρητικότητες που προσφέρουν οι σημερινές τεχνολογίες ηλεκτρονικών κρυφών μνημών.

Η έρευνα ανακοινώθηκε πρόσφατα στο Παγκόσμιο Διεθνές Συνέδριο Οπτικών Επικοινωνιών, στο Σαν Ντιέγκο των Η.Π.Α.


Η Ερευνητική Ομάδα WinPhoS του ΑΠΘ

H Ερευνητική Ομάδα που ανέπτυξε την οπτική κρυφή μνήμη αποτελείται από τους υποψήφιους διδάκτορες Χρήστο Παππά και Θεόδωρο Μόσχο, από τους ερευνητές και διδάκτορες Χρήστο Βαγιωνά και Θεόνη Αλεξούδη, και από τον Αν. Καθηγητή του Τμήματος Πληροφορικής του ΑΠΘ Νίκο Πλέρο. Όλοι οι παραπάνω είναι μέλη της Ερευνητικής Ομάδας Ασύρματων και Φωτονικών Συστημάτων και Δικτύων WinPhoS του Κέντρου Διεπιστημονικής Έρευνας και Καινοτομίας (ΚΕΔΕΚ) του ΑΠΘ.

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».


Περισσότερες πληροφορίες για τις ερευνητικές δραστηριότητες της ομάδας: http://winphos.web.auth.gr/index.php , http://kedek.auth.gr/?q=el/node/1069 και για τα προγράμματα CAM-UP: www.cam-up.gr και ORION: www.orion-project.gr