IT История

Механическая запись

Известно, что история часто повторяется, недаром же говорят, что все новое - это хорошо забытое старое. Естественно, научно-технический прогресс - это не простое верчение по кругу, скорее, это движение по спирали, где каждый новый виток повторяет старый, но уже на более высоком уровне. Аналогичный возврат к истокам может совершить и технология изготовления накопителей данных, которые уподобятся канувшим в лету перфокартам и электромеханическим реле, только на этот раз исполненным в наномасштабе. Речь идет об устройствах хранения, выполненных на основе микроэлектронных механических систем (MEMS, Micro-Electro Mechanical System). Предложений по применению MEMS для хранения данных существует уже великое множество, но мы ограничимся только двумя - Millipede от IBM, а также Nanomech от Cavendish Kinetics.

Millipede, что переводится как многоножка, выделяется среди других MEMS-устройств уже только тем, что у нее существует работающий прототип. 1 июня 2002 года он был продемонстрирован сотрудниками научно-исследовательского центра IBM, который расположен в Цюрихе. С помощью опытного образца многоножки в ходе демонстрации удалось достигнуть плотности записи данных около 25 Гб на квадратный дюйм - выше, чем у выпускаемых сейчас винчестеров, а ведь с тех пор прошло два года! В IBM полагают, что в будущем устройства, похожие на Millipede, будут иметь плотность записи аж в сотни гигабайт на квадратный дюйм.

Как уже говорилось, в основе работы Millipede лежит очень простая и знакомая идея - записывать единички и нолики механически, деформируя носитель, например, выдавливая небольшие углубления с помощью миниатюрной иглы. В начале 90-х в Алмаденском исследовательском центре IBM идею опробовали на атомно-силовом микроскопе (AFM, Atomic Force Microscope), однако там не добились высокой скорости записи, что было, в общем-то, естественно - игла-то у микроскопа всего одна и перемещается она очень и очень медленно.

Вот тогда-то и решено было создать многоножку , состоящую из тысячи игл (а точнее - из 1024), расположенных в виде двумерной матрицы 32x32, кроме того, подвижной сделали саму среду хранения, а не массив игл. И как результат, в Millipede электромагнитный привод очень точно и быстро перемещает кремневую подложку с полимерной пленкой, находящуюся под матрицей, что позволяет каждой игле записывать и считывать данные в пределах собственного небольшого участка размером 100х100 мкм.

При выполнении операций считывания и записи наконечники приводятся в соприкосновение с пленкой. Запись производится посредством нагревания встроенного в иглу резистора до температуры примерно 400°С. Горячее острие размягчает полимер и на короткое время погружается в него, что приводит к появлению углубления. При чтении иглы, уже нагретые до несколько меньшей температуры, не приводящей к размягчению полимера, опускаются на пленку. Если углубления нет, то происходит касание иглы и пленки, что приводит к резкому охлаждению резистора и уменьшению его сопротивления, а это уже легко фиксируется управляющей логикой Millipede и переводится в цифровую форму. Причем передача данных происходит со скоростью 1-2 мегабита в секунду!

В своей простоте запоминающая ячейка Nanomech пошла еще дальше. Она состоит из гибкой металлической пластины с закрепленным над ней контактным электродом. Если между электродом и пластиной создать достаточную разность потенциалов, она изогнется и коснется электрода, в результате чего электрическое сопротивление упадет практически до нуля. Самое главное состоит в том, что после касания пластинки и электрода происходит залипание - для разрыва контакта необходимо приложить усилие. Таким образом, возможно создание ROM - памяти, в которую что-либо записать можно лишь однажды. Чтобы получить перезаписываемую память, необходимо поставить дополнительный электрод, разлепляющий контакт при приложении к нему определенного напряжения. Очень напоминает реле, не правда ли? Да вот только уже существуют действующие прототипы, созданные по 0,35-мкм КМОП-технологии, и Cavendish Kinetics уверяет, что такие ячейки памяти можно создавать и с соблюдением более тонких техпроцессов, например, 90 нм или 65 нм! Количество циклов записи-перезаписи для Nanomech велико - около 20 млн.!

Выводы

Создание емких, надежных, быстрых и недорогих носителей - это одна из приоритетных задач компьютерной индустрии. Именно поэтому так много крупных производителей и мелких организаций ведут исследования в этой области, изобретая все новые хитроумные технологии. Из существующего многообразия разрабатываемых носителей информации мы выбрали всего несколько. В самом начале нашей статьи мы говорили о том, что когда речь идет о новых разработках, следует особо оговаривать сроки их появления, иначе у читателя может возникнуть нездоровая эйфория. Мы постарались рассказать о тех новинках, появления которых с большой степенью вероятности можно ожидать в ближайшие годы. В то же время существует еще достаточно много перспективных разработок и исследований, которые могут быть претворены в жизнь гораздо позже, например память на основе биомолекул или использующая квантовые состояния электронов. К сожалению, эти интересные наработки, уже упакованные в красивую блестящую коробку, в будущем могут так и не попасть на прилавки магазинов, поскольку жизнь того или иного изобретения зачастую зависит не только от его абсолютной ценности, но и от конъюнктуры рынка, а также пробивных и коммерческих способностей его создателей.