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Ein Datenspeicher im Lichtstrahl



Auf der Suche nach Möglichkeiten, einen optischen Computer zu bauen, hat ein Forscher-Team an der Universität von Colorado in Boulder einen ungewöhnlichen Weg beschritten: Als Speichermedium für Informationen verwenden Harry Jordan und Vincent Heuring das Licht selbst ("Science", Band 259, Seite 456, 29. Januar 1993).

Von der Idee, sämtliche Funktionen eines Computers durch Lichtpulse statt durch elektrische Ströme zu realisieren, versprechen sich zahlreiche Forschergruppen noch weitere Fortschritte in der Miniaturisierung und damit auch in der Rechengeschwindigkeit. Während die Verkleinerung elektronischer Bauteile und die Verkürzung ihrer Schaltzeiten an physikalische Grenzen zu stoßen drohen, liegen solche prinzipiell unüberwindlichen Schranken für optische Bauelemente noch in weiter Ferne.

Bei der Übertragung von Daten über große Strecken ist das Glasfaserkabel bereits heute dem klassischen Kupferdraht klar überlegen, und Laborversionen optischer Schalter arbeiten schneller als Transistoren. Problematisch ist aber nach wie vor der Arbeitsspeicher: ein Medium, dessen Zustand sich auf optischem Wege sehr schnell sowohl ablesen als auch verändern lassen muß.

Die Lösung von Jordan und Heuring besteht aus einer vier Kilometer langen, ringförmig geschlossenen und zu einer Spule aufgewickelten Glasfaser, in der eine Folge von Pulsen infraroten Laserlichts umläuft. Jeder einzelne ist ungefähr vier Meter lang, so daß in dem Ring rund 1000 Pulse Platz finden. Auf ihren etwa 50|||000 Umläufen pro Sekunde passieren sie außerdem nichtlineare optische Schalter aus Lithiumniobat, die als Lese- und Schreibelemente fungieren.

Die Taktzeit des optischen Computers ist gleich der Umlaufzeit der Lichtpulse. In einem Rechentakt läuft also der gesamte Inhalt des Arbeitsspeichers, der insbesondere das aktuelle Programm und die zugehörigen Daten enthält, am Lesekopf vorbei; entsprechend wird ein spezielles Datum nicht über seinen Ort in einem stationären Arbeitsspeicher adressiert, sondern über seinen Platz auf dem Datenkarussell – das heißt über seine Ankunftszeit.

Mit diesem Konzept, das in seiner Logik an die alten Magnettrommelspeicher erinnert, verzichteten die Forscher vorläufig darauf, die interessanteste Perspektive des optischen Computers weiterzuverfolgen: die Parallelverarbeitung. Da Lichtstrahlen einander praktisch störungsfrei durchdringen, ist es im Prinzip nicht schwierig, Daten gleichzeitig von einem Prozessor an viele andere zu versenden oder von vielen anderen zu empfangen. Allerdings ist ein Stückpreis von 3000 Dollar pro Lithiumniobat-Schalter ein guter Grund, sich zunächst mit einem Aufbau aus nur 66 Schaltern zufriedenzugeben.

Einer Verkleinerung des derzeit noch etwas sperrigen Geräts steht im Prinzip nichts entgegen. Heuring und Jordan glauben, mit heute verfügbaren Mitteln die Länge der Pulse, damit auch die Länge der Spule sowie die Taktzeit um den Faktor 400 verkleinern zu können. Ein solcher Computer hätte dann die Größe eines Taschenrechners und wäre deutlich schneller als die besten heutigen Personal Computer. (C. P.)


Aus: Spektrum der Wissenschaft 4 / 1993, Seite 17
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH

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