Kırkayak hafızası - Millipede memory

Kırkayak belleği , geçici olmayan bir bilgisayar belleği biçimidir . Dikey kayıt sabit disklerinin sınırı olan inç kare başına 1 terabitten ( milimetre kare başına 1 gigabit ) fazla bir veri yoğunluğu vaat etti . Kırkayak depolama teknolojisi, sabit disklerde manyetik kayıt için potansiyel bir ikame ve teknolojinin fiziksel boyutunu flash medyaya düşürmenin bir yolu olarak takip edildi .

IBM, CeBIT 2005'te bir prototip kırkayak depolama aygıtını gösterdi ve teknolojiyi 2007'nin sonunda ticari olarak kullanılabilir hale getirmeye çalışıyordu. Ancak, rakip depolama teknolojilerindeki eşzamanlı gelişmeler nedeniyle, o zamandan beri hiçbir ticari ürün piyasaya sürülmedi.

Teknoloji

Temel kavram

Ana bellek bir dizi modern bilgisayarların birinde inşa edilmiştir DRAM cihazlarını açık tutacaktır. DRAM temelde , elektrik yükünün varlığı veya yokluğu açısından verileri depolayan bir dizi kapasitörden oluşur . Her bir kapasitör ve hücre olarak adlandırılan ilişkili kontrol devresi bir biti tutar ve birden fazla bit aynı anda büyük bloklar halinde okunabilir veya yazılabilir.

Aksine, sabit sürücüler verileri manyetik bir malzeme ile kaplı bir diskte depolar ; veriler, bu malzemenin yerel olarak mıknatıslanmasıyla temsil edilir. Okuma ve yazma, disk dönerken istenen bellek konumunun başın altından geçmesini bekleyen tek bir kafa ile gerçekleştirilir. Sonuç olarak, bir sabit sürücünün performansı, motorun mekanik hızıyla sınırlıdır ve genellikle DRAM'den yüz binlerce kat daha yavaştır. Bununla birlikte, bir sabit sürücüdeki "hücreler" çok daha küçük olduğundan, sabit sürücülerin depolama yoğunluğu DRAM'den çok daha yüksektir.

Kırkayak depolama, her ikisinin özelliklerini birleştirmeye çalışır. Kırkayak bir sabit disk gibi hem verileri bir ortamda depolar hem de ortamı başın altına taşıyarak verilere erişir. Ayrıca sabit disklere benzer şekilde, kırkayağın fiziksel ortamı küçük bir alanda biraz depolar ve yüksek depolama yoğunluklarına yol açar. Bununla birlikte kırkayak, paralel olarak okuyabilen ve yazabilen birçok nanoskopik kafa kullanır ve böylece belirli bir zamanda okunan veri miktarını artırır.

Mekanik olarak kırkayak , her biri kendisiyle ilişkili çok sayıda biti okumaktan ve yazmaktan sorumlu olan çok sayıda atomik kuvvet probu kullanır . Bu bitler , kızak olarak bilinen bir taşıyıcı üzerinde ince bir film olarak biriktirilen termo-aktif bir polimerin yüzeyinde bir çukur olarak veya bir çukur olarak depolanır . Herhangi bir prob, depolama alanı olarak bilinen kızağın yalnızca oldukça küçük bir alanını okuyabilir veya yazabilir . Normalde kızak, seçilen bitlerin elektromekanik aktüatörler kullanılarak probun altına yerleştirilmesi için hareket ettirilir. Bu aktüatörler, okuma / yazma kafasını tipik bir sabit sürücüye yerleştirenlere benzer, ancak hareket ettirilen gerçek mesafe kıyaslandığında çok küçüktür. Kızak, x / y taraması olarak bilinen bir işlem olan probun altına istenen bitleri getirmek için bir tarama modelinde hareket ettirilir .

Herhangi bir alan / prob çifti tarafından hizmet verilen bellek miktarı oldukça küçüktür, ancak fiziksel boyutu da öyle. Bu nedenle, bu tür birçok alan / sonda çifti, bir bellek cihazını oluşturmak için kullanılır ve veri okuma ve yazma işlemleri paralel olarak birçok alana yayılabilir, bu da verimi artırır ve erişim sürelerini iyileştirir. Örneğin, tek bir 32 bitlik değer normal olarak 32 farklı alana gönderilen tekli bitler kümesi olarak yazılır. İlk deneysel cihazlarda, problar toplam 1.024 prob için 32x32'lik bir ızgaraya monte edildi. Bu düzen bir kırkayak (hayvan) üzerindeki bacaklar gibi göründüğünde , isim sıkışmış. Konsol dizisinin tasarımı , üzerine bir sondanın monte edilmesi gereken çok sayıda mekanik konsolun yapılmasını içerir. Tüm konsollar , gofret yüzeyinde yüzey mikro işlemesi kullanılarak tamamen silikondan yapılmıştır .

Girintilerin veya çukurların oluşturulmasıyla ilgili olarak, çapraz bağlanmamış polimerler , PMMA için yaklaşık 120 ° C gibi düşük bir cam sıcaklığı korurlar ve prop ucu cam sıcaklığının üzerine ısıtıldığında, küçük bir girinti bırakır. Girintiler 3 nm yanal çözünürlükte yapılır. Probu hemen bir girintinin yanına ısıtarak, polimer yeniden erir ve girintiyi silerek onu siler (ayrıca bakınız: termo-mekanik tarama probu litografisi ). Yazdıktan sonra, prop ucu girintileri okumak için kullanılabilir. Bir sonra 0.9 Tb depolama kapasitesine bit olarak her girinti tedavi edilirse / de ² teorik elde edilebilir.

Biraz termal yazma ve silme

Veri okuma ve yazma

Konsol dizisindeki her bir prob, her seferinde bir bit işleyerek verileri termomekanik olarak depolar ve okur. Okumayı gerçekleştirmek için, prop ucu yaklaşık 300 ° C'ye ısıtılır ve veri kızağının yakınına hareket ettirilir. Prob bir çukurun üzerine yerleştirilmişse, konsol onu deliğe itecek, kızakla temas eden yüzey alanını artıracak ve ardından probdan kızağa ısı sızdıkça soğutmayı artıracaktır. Bu konumda çukur olmaması durumunda, yalnızca sondanın en ucu kızakla temas halinde kalır ve ısı daha yavaş dışarı sızar. Probun elektrik direnci, sıcaklığının bir fonksiyonudur ve sıcaklık artışı ile artar. Böylece, prob bir çukura düştüğünde ve soğuduğunda, bu dirençte bir düşüş olarak kaydedilir. Düşük direnç, "1" bitine veya aksi takdirde "0" bitine çevrilir. Bir depolama alanının tamamını okurken, uç tüm yüzey boyunca sürüklenir ve direnç değişiklikleri sürekli olarak izlenir.

Biraz yazmak için, probun ucu , genellikle akrilik camdan yapılan veri kızağını üretmek için kullanılan polimerin cam geçiş sıcaklığının üzerindeki bir sıcaklığa kadar ısıtılır . Bu durumda geçiş sıcaklığı 400 ° C civarındadır. Bir "1" yazmak için, uca yakın olan polimer yumuşatılır ve ardından uca hafifçe dokunarak bir çöküntüye neden olur. Ucu silmek ve sıfır durumuna geri döndürmek için uç, bunun yerine yüzeyden yukarı çekilerek yüzey geriliminin yüzeyi tekrar düz çekmesine izin verilir . Daha eski deneysel sistemler, genellikle daha fazla zaman alan ve daha az başarılı olan çeşitli silme teknikleri kullanıyordu. Bu eski sistemler yaklaşık 100.000 silme olanağı sunmuştur, ancak mevcut referanslar, bunun daha yeni tekniklerle iyileştirilip iyileştirilmediğini söylemek için yeterli bilgi içermemektedir.

Tahmin edilebileceği gibi, probları ısıtma ihtiyacı genel operasyon için oldukça büyük miktarda güç gerektirir. Ancak, kesin miktar, verilere erişilen hıza bağlıdır; daha düşük hızlarda, okuma sırasındaki soğutma, probun yazmak için daha yüksek bir sıcaklığa kaç kez ısıtılması gerektiği gibi, daha azdır. Saniyede birkaç megabit veri hızlarında çalıştırıldığında, Millipede'nin flash bellek teknolojisi aralığında ve sabit disklerin önemli ölçüde altında olan yaklaşık 100 miliwatt tüketmesi bekleniyor. Bununla birlikte, Kırkayak tasarımının ana avantajlarından biri, oldukça paralel olması ve GB / s'ye çok daha yüksek hızlarda çalışmasına izin vermesidir . Bu tür hızlarda, mevcut sabit disklerle daha yakından eşleşen güç gereksinimleri beklenebilir ve aslında, veri aktarım hızı, tüm bir dizi için birkaç megabit olan tek bir sonda için saniyede kilobit aralığı ile sınırlıdır. IBM'in Almaden Araştırma Merkezinde yapılan deneyler , bireysel ipuçlarının saniyede 1-2 megabit kadar yüksek veri hızlarını destekleyebileceğini ve potansiyel olarak GB / s aralığında toplam hızlar sunabileceğini gösterdi.

Başvurular

Kırkayak bellek, veri depolama, okuma ve yazma hızı ve teknolojinin fiziksel boyutu açısından flash bellek ile rekabet etmesi amaçlanan uçucu olmayan bir bilgisayar belleği biçimi olarak önerildi. Bununla birlikte, diğer teknolojiler o zamandan beri onu geride bıraktı ve bu nedenle şu anda takip edilen bir teknoloji gibi görünmüyor.

Tarih

İlk cihazlar

İlk nesil kırkayak cihazları, 10 nanometre çapında ve 70 nanometre uzunluğunda sondalar kullandı ve 92 µm x 92 µm alanlarda yaklaşık 40 nm çapında çukurlar üretti. 32 x 32'lik bir ızgarada düzenlenen 3 mm x 3 mm'lik yonga, 500 megabit veri veya 62,5 MB depolar ve bu da alan yoğunluğu , yani inç kare başına bit sayısı olan 200 Gbit / inç² düzeyinde sonuçlanır. IBM, bu cihazı ilk olarak 2003 yılında tanıttı ve 2005 yılında ticari olarak piyasaya sürmeyi planlıyordu. Bu noktada sabit sürücüler 150 Gbit / in²'ye yaklaşıyordu ve o zamandan beri onu aştı.

Önerilen Ticari Ürün

2005 CeBIT Expo'da sergilenen cihazlar , 7 mm x 7 mm veri kızağına sahip 64 x 64 konsol çip kullanarak temel tasarımda iyileştirildi ve daha küçük çukurlar kullanarak veri depolama kapasitesini 800 Gbit / in²'ye yükseltti. Çukur boyutunun yaklaşık 10 nm'ye kadar ölçeklenebildiği ve teorik alan yoğunluğunun 1Tbit / in²'nin biraz üzerinde olduğu görülüyor. IBM, 2007 yılında bu tür bir yoğunluğa dayalı cihazları piyasaya sürmeyi planladı. Karşılaştırma için, 2011 sonlarından itibaren dizüstü bilgisayar sabit diskleri 636 Gbit / in² yoğunlukta gönderiliyordu ve ısı destekli manyetik kayıt ile desenli ortamın birlikte olması bekleniyor. 10 Tbit / in² yoğunlukları destekleyebilir. Flash, 2010'un başlarında neredeyse 250 Gbit / inç²'ye ulaştı.

Mevcut Gelişme

2015 itibariyle, rakip depolama teknolojilerindeki eşzamanlı gelişmeler nedeniyle, şu ana kadar ticari bir ürün piyasaya sürülmedi.

Languages

In other projects

Kırkayak hafızası - Millipede memory

İçindekiler