Две направления за бъдещо памет

Благодаря ви за подкрепата!

Външният вид в близко бъдеще приложения, изискващи висока изчислителна мощност прави сега се стремим да намерим нови технически решения, не само от гледна точка на подобряване на процесорите си, но също и други компоненти на компютъра. Без значение какъв процесор се използва за производство на технологии, количеството на данните, които са им доставени за преработка, определено от възможностите и други компютърни подсистеми. Капацитет на съвременните устройства за съхранение на данни отразяват тази тенденция. CD-ROM дискове може да се съхранява до 700mV информация, разработване на DVD-ROM технология - до 17GB. Магнитна технология за запис също се развива много бързо - през последната година е типичен капацитета на твърдия диск в настолни компютри се е увеличил с 15-20 GB или повече. Въпреки това, в бъдещите компютри ще трябва да обработва стотици гигабайта и дори терабайта информация - много повече, отколкото може да побере всички съществуващи днес, CD-ROM-а, или твърди дискове. Поддържането на тези обеми от данни и да ги преместите на обработката на свръхбързи процесори изисква радикално нов подход за създаване на устройства за съхранение.

холографски памет

Широки перспективи в тази област се отваря технология за оптичен запис, известен като холографията: тя позволява да се осигури запис много висока плътност, като се поддържа максимална скорост на достъп до данните. Това се постига чрез факта, че холографско изображение (холограма) се кодира в един голям блок от данни, която се записва само в едно отношение. И когато се случи четене, цялата група се отстранява от паметта. За четене или писане на блокове холографски съхраняват на фоточувствителен материал (материална база, приета за литиево ниобат, LiNbO3) данни ( "страници") се използват лазери. Теоретично, хиляди такива дигитални страници, всяка от които съдържа до един милион бита, могат да бъдат поставени в размера на бучка захар. И теоретично очаква 1TB плътност на данните на кубичен сантиметър (TB / sm3). На практика, учените очакват да постигнат 10GB / sm3 плътност на поръчката, което също е много впечатляващо в сравнение с използвания днес магнитно - от порядъка на няколко MB / см2 - това не включва механизъм на устройството. След това плътността на оптичен запис слой с дебелина от около едно сантиметра, ще се съхранява за данни 1TV. И имайки предвид, че такава система за съхранение все още няма движещи се части, както и достъп до страници с данни в паралел, това може да се очаква, че устройството ще има плътност в 1GB / sm3 и дори по-висока.

Извънредни възможности топографска памет заинтересовани учени от много университети и промишлени изследователски лаборатории. Този интерес отдавна се превърна в две програми за научни изследвания. Един от тях - PRISM програма (Фоторефрактивна Информация Съхранение), чиято цел е да намерят подходящи фоточувствителни материали за съхранение на холограми и проучване на техните свойства за съхранение. Втората програма за научни изследвания - HDSS (холографски система за съхранение на данни). Както и призмата, тя осигурява редица фундаментални изследвания, а негови членове са една и съща фирма. Въпреки че целта е да се намери подходящ PRISM медии за съхранение на холограми, HDSS фокусирана върху развитието на хардуера, необходими за практическата реализация на холографски системи за съхранение.

Как системата холографски памет? Помислете за тази инсталация, изследователска група, която се събира изследователски център Алмаден.

В началния етап на това устройство е подразделение на лъча на синьо-зелен аргонов лазер на два компонента - позоваването и обекти греди (като последната е носител на самата данни). Предмет лъч преминава разфокусиране, така че да може напълно осветяване на светлина модулатор пространствен (SLM - пространствена светлина модулатор), което представлява течни кристали (LCD) панел на който се показва информация страница в матрица, състояща се от светли и тъмни пиксела (двоични данни) ,

И двете греди са насочени в светлочувствителен чип, където има тяхното взаимодействие. В резултат на това взаимодействие е модел смущения образува, която е в основата на холограмата и се съхранява като серия от пречупване вариации индекс или коефициент на отражение в този кристал. Когато четете кристал данни се осветява от референтния лъч, който взаимодейства с съхранява модела намеса в кристала, възпроизвежда записания страница на изображение "шахматна дъска" на светли и тъмни пиксела (справка вълна холограма преобразува копие на обекта). След това, изображението се изпраща на детектор на матрица, която служи като основа за устройството на зарядна връзка (CCD - зарядна връзка устройство, или CCD), вълнуваща и пълна страница на данните. Когато четете данни на референтен лъч трябва да падне върху кристала под същия ъгъл, в който да се записват данните, и може да има промяна на ъгъла е не повече от една степен. Това дава възможност за висока плътност на данните: промяна на ъгъла на референтния лъч или честотата, можете да записвате допълнителни страници на работа по същия кристал.

Въпреки това, допълнителни холограми променят свойствата на материалите (например промените могат да бъдат само определен брой), в резултат на снимки на холограмите става тъп, който може да доведе до изкривяване при четене на данни. Това обяснява и ограничаването на недвижими памет, която има материала. Динамичната част на средата се определя от броя на страниците, че тя действително може да държи, така че участниците са ангажирани в изучаване на PRISM и ограничения върху фоточувствителен материал.

Използва се в производството на триизмерната холографията за възлагане на няколко страници на данни в една и съща сума се нарича мултиплексиране. след методи на мултиплексиране с традиционно използвани: ъгълът на падане на референтния лъч, дължина на вълната и фаза, но за съжаление те изискват сложни оптични системи и дебели (няколко мм дебелина) носител, което ги прави неподходящи за търговско приложение, поне в областта на обработката на информация. Напоследък обаче, са били измислени три нови Bell Labs методи мултиплексиране: срязване, бленда и корелация на базата на използването на промяна в позицията по отношение на носача на светлинните лъчи. В същото срязване и отвор мултиплексиране с помощта на сферичен позоваване лъч и съотношението - куп още по-сложни форми. Освен това, тъй като механичните движещи се части, които участват с корелацията и мултиплексиране на смяна, времето за достъп, когато те се използват ще е приблизително същата като тази на конвенционалните оптични дискове. Bell Labs е в състояние да се изгради експериментален превозно средство на базата на всички от същия литиев ниобат, като се използва техниката на корелация мултиплексиране, обаче, тъй като плътността на записа за 226GB на квадратен инч.

Друга трудност срещат в създаването на холографски запаметяващи устройства е да се намери подходящ материал за носача. Повечето от полевите проучвания холографията са били проведени с помощта фотореактивните материали (най-вече, споменатите по-горе литиево ниобат), но ако те са подходящи за запис на холографски изображения, бижута, а след това не може да се каже по отношение на записването на информация, а дори и за търговски устройства: те са скъпи, има ниска чувствителност и ограничен динамичен обхват (широчина на честотната лента). Ето защо, ние разработихме нов клас фотополимерни материали с добри перспективи по отношение на търговски приложения. Фотополимери са вещества, които под действието на светлина претърпява необратими промени водят до колебания в състава и плътността. По материали имат по-дълъг жизнен цикъл (по отношение на съхранението на информация, записана върху тях), и са устойчиви на температури и са се подобрили оптични свойства, като цяло, подходящи за еднократен запис на данни (WORM).

И накрая, още един проблем - сложността на оптичната система, използвана. По този начин, не са подходящи светодиоди базирани полупроводникови лазери, използвани в конвенционални оптични устройства, тъй като те имат достатъчно капацитет, осигури лъч с висока отклонение и накрая, полупроводников лазер, генерирания излъчване в средата на диапазона на видимия спектър, много трудно да се получи за холографски памет. Той също така се нуждае от мощен лазер, давайки повече паралелно лъч може да бъде. Същото може да се каже на леки модулатори пространствени: До неотдавна, няма такова устройство, което може да се използва в системи холографски памет. Въпреки това, времената се менят, а днес стана наличните евтини твърдотелни лазери, появили микроелектромеханични технология (MEM - Micro-Електро механични устройства, базирани на нея са масиви от микроотражатели размер на около 17 микрона), то не би могло да бъде по-подходящ за ролята на устойчиво управление на земите.

Така че, на ползите от новата технология е повече от достатъчно: в допълнение, тази информация се съхранява и чете паралелно, е възможно да се постигне много високи скорости на трансфер, а в някои случаи, високоскоростен произволен достъп. И най-важното - на практика няма механични компоненти, характерни за настоящите пазители на информация (например вретена с огромен брой на оборотите). Това гарантира не само бърз достъп (за дадена технология точно да се каже мигновени) данни, по-ниска вероятност за неуспехи, но и по-ниска консумация на енергия, тъй като това е най-твърдия диск - един от най-енергоемките компоненти на компютъра. Все пак, има трудности с привеждането в съответствие на оптика, така че в началото тези устройства вероятно ще бъдат все още е "страх" трети страни "механични въздействия".

молекулна памет

Друг коренно различен подход в създаването на устройства за съхранение - молекулярна. Група от изследователи център "W.M. Кек Център за молекулярна Електронно" под ръководството на професор Робърт Р. Birge (Robert R. Birge) вече преди известно време имаше прототип на подсистемата на паметта, използвана за съхраняване на цифрови бита молекула. Това е - молекула, протеин, наречен бактериородопсин (бактериородопсин). Той има лилав цвят, абсорбира светлината и присъства в мембраната на микроорганизма, наречен Halobacterium halobium. Този микроорганизъм "местно" в солени блата, където температурата може да достигне 150 ° С Когато нивото на съдържание на кислород в околната среда е толкова ниско, че е невъзможно да се получи използването енергия дишане (окисляване), той използва за фотосинтеза протеин.

Бактериородопсин е избран, защото photocycle (последователност на структурни промени, които молекулата претърпява реакция със светлина) прави тази молекула идеално елемент логика памет от типа "" или преминаването от един вид в друг състояние (задействане). Както показаха изследванията Birge, BR-държава (логично битова стойност "0") и Q-състояние (логика стойност "1" битова) на са междинните състояния на молекулата и могат да останат стабилни в продължение на много години. Този имот, по-специално, осигурява невероятна стабилност на протеина, и е придобита по еволюционен път в борбата за оцеляване в суровите условия на солени блата.

Според оценките Birge, данните, записани на устройство за съхранение на бактериородопсин трябва да се съхраняват в продължение на около пет години. Друга важна характеристика на бактериородопсин е, че тези две състояния са подчертано различни абсорбционни спектри. Това го прави лесно да се определи текущото състояние на молекулата с лазерен настроен към съответната честота.

система прототип памет е построена през който baktsriorodopsin магазините на данните в триизмерен матрица. Тази матрица е кювета (прозрачен контейнер), напълнена poliakridnym гел, в който се поставя протеин. Клетката е с размер на 1X1x2 инч продълговати. Протеинът, който е в състояние Br, фиксирани в място по време на полимеризацията на гел. Кюветата е заобиколен от батерия на лазери и масив детектор, изградени на базата на устройството, което използва принципа на такса инжекция (CID - зареждане устройството за инжектиране), който служи за запис и четене на данни.

При запис на данни е необходимо първо да се възпламени жълт "локализиране" лазер - за трансфер на молекули в Q състояние. Една лека модулатор пространствен (SLM), която, както вече споменахме, е LCD матрица създава маска в пътя на лъча, причинява появата на активност (разбърква) в равнината на материала вътре в клетката. Тази енергия активен самолет е страница с информация, която може да се разбърква масив 4096x4096 малко. Преди връщането на протеина почивка (в който тя може да бъде доста дълъг период от време, поддържане на информацията) свети в червено, лазер запис, е под прав ъгъл по отношение на жълтото. Друг SLM показва двоични данни и по този начин създава по пътя на лъча, съответстваща на маската, така че радиацията ще претърпи само определени места (точки) на страницата. Молекулите в тези места ще бъдат прехвърлени към Q състояние и ще бъдат двоичен един. Останалата част на страницата ще се върне към първоначалната BR-държава и ще представлява двоични нули. За да прочетете на данните, е необходимо да се възпламени отново лазер страница, която се превежда четимо страница в Q-държава. Това е да се гарантира, че в бъдеще, като се използва разликата в абсорбционните спектри за идентифициране на двоични единици и нули. Чрез 2ms след това страница "къси" в ниска интензивност излъчената светлина червен лазер. Необходимо е ниска интензивност, за да се предотврати "скокове" на молекулите в Q състояние. Молекулите, които представляват двоичен нула, абсорбират червена светлина, представляваща двоичен един и приет от самата греда. Това създава "шахматна дъска" модел на светли и тъмни петна върху LCD-матрица, която улавя цифрова информация страница.

Самият Birg твърди, че предложената от него система за скорост близка до полупроводниковата памет до повреда на страница. При откриване на такъв дефект е за пренасочване на лъча за достъп до тези страници, от друга страна. Теоретично, клетката, която вече беше споменато, могат да се настанят данни 1TV. на ограничения капацитет, свързани преди всичко с проблемите на системата за обектив и качеството на протеини.

Ще молекулярна памет да се конкурира с конвенционалната полупроводникови памет? Дизайнът му със сигурност има някои предимства. Първо, тя се основава на протеин, който се произвежда в големи количества и на достъпна цена, което се улеснява от генно инженерство. На второ място, системата може да работи в по-широк температурен диапазон от полупроводниковата памет. На трето място, данните се съхраняват постоянно - дори ако изключите системата за съхранение на енергия, това няма да доведе до загуба на информация. И накрая, кубчетата с данните, които имат малък размер, но съдържат гигабайта данни могат да бъдат поставени в архивите за съхранение на копия (като лента). Тъй като кубчета съдържат няма движещи се части, това е по-удобно, отколкото с помощта на преносим твърд диск или лента касети.

Въз основа на материали на списание "BYTE"