Многоножка память - Millipede memory

Память компьютера типы
Общее
Летучий
ОЗУ
Исторический
Энергонезависимая
ПЗУ
NVRAM
Ранняя стадия NVRAM
Магнитный
Оптический
В развитии
Исторический

Многоножка память это форма энергонезависимая память компьютера. Он обещал плотность данных более 1 терабит на квадратный дюйм (1 гигабит на квадратный миллиметр), что примерно соответствует пределу перпендикулярная запись жесткие диски. Технология хранения данных «Многоножка» рассматривалась как потенциальная замена магнитной записи на жестких дисках и средство уменьшения физического размера технологии до размера вспышка средства массовой информации.

IBM продемонстрировала прототип устройства хранения данных многоножек на CeBIT 2005 г., и пытался сделать эту технологию коммерчески доступной к концу 2007 г. Однако из-за одновременного развития конкурирующих технологий хранения с тех пор коммерческий продукт не выпускался.

Технологии

Основная концепция

В основная память современных компьютеров построен из одного из ряда DRAM -связанные устройства. DRAM в основном состоит из серии конденсаторы, в которых хранятся данные о наличии или отсутствии электрического заряда. Каждый конденсатор и связанные с ним схемы управления, называемые ячейка, держит один немного, и несколько битов могут быть прочитаны или записаны большими блоками одновременно.

Напротив, жесткие диски хранить данные на диске, покрытом магнитный материал; данные представлены этим материалом, который локально намагничен. Чтение и запись выполняются одной головкой, которая ожидает, пока запрошенный участок памяти пройдет под головкой, пока диск вращается. В результате производительность жесткого диска ограничена механической скоростью двигателя, и он обычно в сотни тысяч раз медленнее, чем DRAM. Однако, поскольку «ячейки» на жестком диске намного меньше, плотность хранения для жестких дисков намного выше, чем у DRAM.

Хранилище «Многоножка» пытается объединить возможности обоих. Как и жесткий диск, многоножка хранит данные на носителе и получает доступ к данным, перемещая носитель под головкой. Также как и жесткие диски, физический носитель многоножки хранит немного на небольшой площади, что приводит к высокой плотности хранения. Однако многоножка использует множество наноскопических головок, которые могут читать и писать параллельно, тем самым увеличивая объем данных, считываемых в данный момент.

Механически многоножка использует множество зонды атомной силы, каждый из которых отвечает за чтение и запись большого количества связанных с ним битов. Эти биты хранятся в виде ямки или ее отсутствия на поверхности термоактивного полимер, который наносится в виде тонкой пленки на носитель, известный как санки. Любой зонд может считывать или записывать только небольшую часть доступного ему салазок, известную как поле для хранения. Обычно салазки перемещаются так, чтобы выбранные биты располагались под зондом с помощью электромеханических приводов. Эти приводы аналогичны приводам, которые устанавливают головку чтения / записи в типичном жестком диске, однако фактическое расстояние перемещения по сравнению с ними ничтожно. Салазки перемещаются в соответствии с шаблоном сканирования, чтобы подвести запрошенные биты под зонд, процесс, известный как х / у сканирование.

Объем памяти, обслуживаемой любой парой поле / зонд, довольно невелик, как и ее физический размер. Таким образом, многие такие пары поле / зонд используются для создания запоминающего устройства, а чтение и запись данных могут быть распределены по многим полям параллельно, увеличивая пропускную способность и сокращая время доступа. Например, сингл 32-битный Значение обычно записывается как набор отдельных битов, отправляемых в 32 различных поля. В первоначальных экспериментальных устройствах зонды были установлены в сетке 32x32, всего 1024 зонда. Учитывая такой макет, ножки выглядели как многоножка (животное), название прижилось. Дизайн консоль Решетка состоит из множества механических кантилеверов, на которых должен быть установлен зонд. Все кантилеверы полностью сделаны из кремния с использованием поверхностная микрообработка на поверхности пластины.

Что касается создания вмятин или ямок, несшитый полимеры сохраняют низкую температура стекла, около 120 ° C для PMMA[4] и если наконечник зонда нагревается до температуры выше температуры стекла, на нем остается небольшое углубление. Вмятины сделаны с поперечным разрешением 3 нм.[5] При нагревании зонда непосредственно рядом с углублением полимер повторно расплавится и заполнит углубление, стирая его (см. Также: термомеханические литография сканирующим зондом ). После записи наконечник зонда можно использовать для считывания отпечатков. Если каждый отступ рассматривается как один бит, то плотность хранения составляет 0,9 Тб / дюйм.2 теоретически может быть достигнуто.[5]

Термопись и немного стирания

Чтение и запись данных

Каждый зонд в массиве консолей хранит и считывает данные термомеханически, обрабатывая один бит за раз. Чтобы выполнить считывание, наконечник зонда нагревается примерно до 300 ° C и переместился в непосредственной близости от салазок данных. Если зонд расположен над ямой, кантилевер протолкнет его в отверстие, увеличивая площадь поверхности контакта с салазками и, в свою очередь, увеличивая охлаждение, поскольку тепло проникает в салазки от зонда. В случае, если в этом месте нет ямы, только самый кончик зонда остается в контакте с салазками, и тепло уходит медленнее. Электрическое сопротивление зонда зависит от его температуры и повышается с увеличением температуры. Таким образом, когда зонд падает в яму и остывает, это регистрируется как падение сопротивления. Низкое сопротивление будет преобразовано в бит «1» или в бит «0» в противном случае. При считывании всего поля хранения наконечник перемещается по всей поверхности, и изменения сопротивления постоянно отслеживаются.

Чтобы написать немного, кончик зонда нагревается до температуры выше температура стеклования полимера, используемого для изготовления салазок для передачи данных, который обычно изготавливается из акриловое стекло. В этом случае температура перехода составляет около 400 ° C. Чтобы написать «1», полимер в непосредственной близости от наконечника размягчается, а затем наконечник мягко касается его, вызывая вмятину. Чтобы стереть бит и вернуть его в нулевое состояние, наконечник вместо этого поднимается с поверхности, позволяя поверхностное натяжение снова вытянуть поверхность. В более старых экспериментальных системах использовались различные методы стирания, которые обычно занимали больше времени и были менее успешными. Эти старые системы предлагали около 100 000 стирания, но доступные ссылки не содержат достаточно информации, чтобы сказать, было ли это улучшено с помощью новых методов.[нужна цитата ]

Как и следовало ожидать, необходимость нагрева зондов требует довольно большого количества энергии для обычной работы. Однако точная сумма зависит от скорости доступа к данным; при более медленных скоростях охлаждение во время чтения меньше, как и количество раз, когда датчик должен быть нагрет до более высокой температуры для записи. Ожидается, что при работе со скоростью несколько мегабит в секунду Millipede будет потреблять около 100 милливатт, что находится в диапазоне технологий флэш-памяти и значительно ниже жестких дисков. Однако одним из основных преимуществ конструкции многоножек является то, что она имеет высокую параллельность, что позволяет ей работать на гораздо более высоких скоростях в ГБ / с. При таких скоростях можно ожидать, что требования к питанию будут более точно соответствовать текущим жестким дискам, и действительно, скорость передачи данных ограничена диапазоном килобит в секунду для отдельного зонда, что составляет несколько мегабит для всего массива. Эксперименты, проведенные в IBM Исследовательский центр Альмадена показали, что отдельные насадки могут поддерживать скорость передачи данных до 1-2 мегабит в секунду, потенциально предлагая совокупные скорости в диапазоне ГБ / с.

Приложения

Память многоножек была предложена как форма энергонезависимой компьютерной памяти, которая должна была конкурировать с флэш-памятью с точки зрения хранения данных, скорости чтения и записи, а также физического размера технологии. Однако с тех пор другие технологии превзошли его, и поэтому похоже, что в настоящее время эта технология не используется.

История

Первые устройства

В устройствах на многоножках самого раннего поколения использовались зонды диаметром 10 нанометров и длиной 70 нанометров, создавая ямки диаметром около 40 нм на полях 92 x 92 мкм. Расположенный в сетке 32 x 32, полученный чип размером 3 мм x 3 мм хранит 500 мегабит данных или 62,5 МБ, в результате чего поверхностная плотность - количество бит на квадратный дюйм порядка 200 Гбит / дюйм². IBM впервые продемонстрировала это устройство в 2003 году, планируя коммерческое использование этого устройства в 2005 году. К тому моменту объем жестких дисков приближался к 150 Гбит / дюйм², и с тех пор он превзошел его.

Предлагаемый коммерческий продукт

Устройства продемонстрированные на CeBIT Expo в 2005 году улучшила базовую конструкцию, использовав консольные микросхемы 64 x 64 с салазками данных 7 мм x 7 мм, увеличив емкость хранения данных до 800 Гбит / дюйм² за счет меньших ямок. Похоже, что размер пита может увеличиваться примерно до 10 нм, в результате чего теоретическая поверхностная плотность составляет чуть более 1 Тбит / дюйм². IBM планировала представить устройства с такой плотностью в 2007 году. Для сравнения, по состоянию на конец 2011 года жесткие диски для ноутбуков поставлялись с плотностью 636 Гбит / дюйм²,[6] и ожидается, что магнитная запись с подогревом и узорчатые медиа вместе могут поддерживать плотность 10 Тбит / дюйм².[7] В начале 2010 года объем Flash достиг почти 250 Гбит / дюйм².[8]

Текущее развитие

По состоянию на 2015 год[нужна цитата ] из-за одновременного развития конкурирующих технологий хранения до сих пор не было выпущено ни одного коммерческого продукта.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Vettiger, P .; Despont, M .; Drechsler, U .; Durig, U .; Haberle, W .; Lutwyche, M. I .; Rothuizen, H.E .; Stutz, R .; Widmer, R .; Бинниг, Г. К. (2000). «Многоножка - более тысячи советов для будущего хранения АСМ». Журнал исследований и разработок IBM. 44 (3): 323–340. Дои:10.1147 / rd.443.0323. ISSN  0018-8646.
  2. ^ а б «Проект многоножки: система хранения данных на основе наномеханики АСМ». Исследовательская лаборатория IBM в Цюрихе. Архивировано из оригинал на 2011-12-17. Получено 2011-09-05.
  3. ^ «На выставке CeBIT показан прототип малогабаритной МЭМС многоножки». PhysOrg.com. 12 марта 2005 г.
  4. ^ Mamin, H.J .; Ругар, Д. (1992). «Термомеханическое письмо острием атомно-силового микроскопа». Письма по прикладной физике. 61 (8): 1003–1005. Дои:10.1063/1.108460. ISSN  0003-6951.
  5. ^ а б Кинг, Уильям П .; Гудсон, Кеннет Э. (2002). «Термозапись и наноизображение с помощью кантилевера атомно-силового микроскопа с подогревом». Журнал теплопередачи. 124 (4): 597. Дои:10.1115/1.1502634.
  6. ^ Хартин, Эрин (2011-08-03). «Hitachi GST поставляет жесткие диски объемом один терабайт на пластину». Hitachi Global Storage Technologies. Архивировано из оригинал на 2011-10-26. Получено 2011-12-17.
  7. ^ Джонстон, Кейси (07.05.2011). «Новые пакеты методов записи на жесткие диски - один терабит на дюйм». Ars Technica. Получено 2011-12-17.
  8. ^ Мириан, Лукас (31 января 2010 г.). «Intel Micron анонсирует самую плотную в мире флеш-память». computerworld.com.

внешние ссылки