Конференція Високопродуктивні обчислення, Київ, 13-15 жовтня 2014

IBM створила найменшу в світі пам’ять

15 січня 2012

У той час, коли технології кремнієвих транзисторів стали доступними, щільними та енергоефективними, фундаментальні фізичні обмеження ставлять під сумнів подальший прогрес у цій області. Необхідні альтернативні підходи для підтримки високих темпів обчислювальних іновацій.

Застосовуючи новий підхід та беручи атом, найменшу одиницю для збереження даних, вчені продемонстрували магнітне сховище, яке мінімум у 100 разів більш щільне, ніж сучасний жорсткий диск або твердотільні чіпи пам’яті.

«Індустрія комп’ютерних технологій продовжить пошук зменшення напівпровідників, але, з часом, все неминуче закінчиться в одній точці: в атомі. Ми спробували піти альтернативним шляхом та почали від найменшої одиниці, одного атому, щоб на його основі створити комп’ютерний пристрій»,– сказав Андреас Геінріх, керівник дослідження атомного сховища в IBM Research. Результати дослідження опубліковані в журналі Science.

Після п’яти років досліджень спеціалістам IBM вдалось продемонструвати можливість запису одного біта інформації за допомогою усього 12 атомів. Для порівняння: в сучасному жорсткому диску для цього необхідно приблизно мільйон атомів. Можливість маніпулювання атомами може призвести до розуміння необхідності побудови менших, швидших та енергоефективних пристроїв.

THINK IBM mantra

Слово Think («думай»), слоган корпорації IBM з 1914 року, записане за допомогою нової технології. Для запису вистачило лише 96 атомів заліза.

Сучасні пристрої для запам’ятовування інформації використовують феромагнітні матеріали, у яких спін атомів орієнтованих в одному напрямку. Вчені IBM проводили досліди з нетиповою формою магнетизму, яка називається антиферомагнетизмом: спін атомів орієнтований у протилежних напрямках. Завдяки цьому намагніченість тіла в цілому дуже мала, що дозволяє у багато разів підвищити щільність збереження інформації.

Для формування одного біта інформації з 12 атомів використовувався скануючий тунельний мікроскоп. Однак подібна структура залишається стабільною лише при дуже низькій температурі -270⁰C, близько до абсолютного нуля. Для надійного збереження даних при температурі 20⁰C необхідно близько 150 атомів на один біт.

IBM наголошує, що технологія теоретично дозволяє формувати носії, щільність збереження інформації у яких як мінімум у сто разів перевищує показники сучасних жорстких дисків та SSD. Вчені вважають, що на створення прототипів таких пристроїв, які використовують дану методику, може піти від п’яти до десяти років.

Як це працює

Базова частина інформації, яку розуміє комп’ютер, – це біт. Як світло, яке можна увімкнути чи вимкнути, біт може мати лише два значення «0» та «1». До цього часу було невідомо, скільки атомів необхідно для побудови надійної магнітної пам’яті для одного біта.

Із властивостями, схожими на властивості магнітів у холодильнику, феромагнетики використовують взаємодію між атомами, з яких вони складаються, які вирівнюють свої спіни в одному напрямку. Це – джерело атомного магнетизму. Феромагнетики дуже добре працюють для магнітних сховищ даних, але найбільшою перешкодою при зменшенні розмірів таких сховищ до розмірів атома є взаємодія сусідніх бітів один з одним. Намагнічування одного біту може сильно вплинути на його сусіда через магнітне поле. Використання магнітних бітів на атомному рівні для зберігання інформації або виконання корисних обчислювальних операцій вимагає точного контролю взаємодії між бітами.

Вчені з IBM Research використали скануючий тунельний мікроскоп для розміщення дванадцяти антиферомагнітних атомів, які зберігали один біт даних годинами при низькій температурі. Використовуючи переваги їх змінних магнітних спінів, вони показали можливість розмістити сусідні біти значно ближче, ніж це було раніше можливо. Це значно збільшило щільність магнітного сховища без порушення стану сусідніх бітів.

Теги: HDD, IBM, SSD, пам'ять, сховище, технології

Матеріали за темою:

Коментарі