на тему: Проект (стр. 1 из 4)

НИЯУ МИФИ

Реферат

на тему:

Проект

Millipede.

Болотова Инга, Д-9-01.

Москва 2009

Содержание.

1. Введение………………………………………………………………………...3

2. Millipede – взгляд изнутри……………………………………………………..4

3. Портрет Millipede в цифрах…………………………………………………....7

4. Вместо флэш-памяти и жестких дисков………………………………………8

5. Многоножка millipede………………………………………………………….9

6. Наследники магнитной памяти…………………………………….………...11

7. Концептуальный накопитель………………………………………………...14

8. Технология, которая спасет закон…………………………………………...15

9. Заключение…………………………………………………………………….20

10. Список литературы…………………………………………………………..21

Введение.

Последнее двадцатилетие отмечено быстрым ростом емкости накопителей информации и, соответственно, плотности записи. По данным компании IBM, поверхностная плотность записи на жесткие магнитные диски увеличилась со 100Мб/кв.дюйм в начале 90-х гг. до 20Гб/кв.дюйм в современных массовых винчестерах и продолжает неуклонно расти. При такой плотности записи размеры одного бита составляют всего 0,052 мкм в длину и 0,62 мкм в ширину. Кроме того, появляются и новые технологии записи информации, все более и более "ужимающие" размеры бита. Так, диски Blu-Ray диаметром 12 дюймов и объемом 27Гб, использующие оптическую запись синим лазером, имеют длину одного пита 0,138 мкм (для сравнения - длина пита обычного компакт-диска 1,6 мкм). Но настоящим прорывом в плотности записи информации может стать анонсированная все той же IBM технология Millipede. Используя принципы считывания, подобные перфокартам или виниловым пластинкам, она обещает довести плотность записи до 1Тб/кв.дюйм. Диаметр ячейки хранения составит в этом случае всего 10нм.

Новые технологии с переходом в область субмикронных и нанометровых масштабов требуют соответствующего диагностического инструментария, позволяющего обеспечивать контроль параметров и диагностику рабочих поверхностей и других элементов накопителей. Изобретенные сравнительно недавно методы сканирующей микроскопии позволяют работать с субмикронными и даже атомарными разрешениями, обеспечивая высокую скорость и точность измерений. Поэтому неудивительно, что в настоящее время они широко используются для исследования, диагностики и модификации поверхностей, в том числе и рабочих поверхностей носителей записи.

Millipede – взгляд изнутри.

11 июня 2002 года сотрудники расположенного в Цюрихе (Швейцария) исследовательского центра компании IBM продемонстрировали работоспособный прототип устройства хранения данных, обеспечивающего плотность записи в триллион (1012) бит на кв. дюйм. Эта цифра более чем в 20 раз превосходит наилучшие из достигнутых на сегодняшний день показателей для технологий, использующих магнитную запись.

Если провести более наглядную аналогию, то разработанная учеными IBM технология позволяет сохранить 25 млн. страниц текста на носитель размером с почтовую марку. Столь выдающиеся результаты стали возможны благодаря исследованиям, проведенным специалистами IBM в рамках проекта под кодовым названием Millipede.

Ни для кого не секрет, что новое — это хорошо забытое старое. Не менее хорошо известно, что развитие технологий происходит по спирали, периодически возвращаясь к уже почти забытым решениям на качественно новом уровне.

В отличие от наиболее распространенных сегодня оптических, магнитных и электронных устройств хранения данных, Millipede использует принцип механической записи: микроскопические иглы продавливают углубления на поверхности тонкой пластиковой пленки. Каждое из этих углублений соответствует одному биту записываемой информации. Если абстрагироваться от технических подробностей, то Millipede очень напоминает один из старейших цифровых носителей — перфокарту1 . Правда, в отличие от существующих уже более 110 лет однократно записываемых перфокарт, Millipede предусматривает возможность многократной перезаписи и обладает значительно большей удельной плотностью — на площади, эквивалентной одному отверстию классической перфокарты (которое соответствует одному биту), может уместиться более 3 млрд. (3×109) бит информации. А теперь ненадолго перенесемся в микромир и рассмотрим внутреннее устройство накопителя Millipede.

Увеличенное изображение экспериментального чипа Millipede. В центре — массив микроприводов размером 3×3 мм (общий размер чипа — 7×14 мм)

Ядром Millipede является двухмерный массив микроприводов, представляющих собой v-образные силиконовые рычаги длиной 70 и толщиной всего 0,5 микрон. На конце подвеса каждого микропривода имеется обращенная вниз игла длиной чуть менее 2 микрон. Существующая сегодня экспериментальная установка оснащена массивом из 1024 микроприводов (32 ряда по 32 элемента), физический размер которого составляет 3×3 мм.

Специально разработанная конструкция подвеса массива игл выполняет две основные функции: обеспечивает точность позиционирования массива и предохраняет носитель информации от повреждений, компенсируя внешние физические воздействия (вибрации и удары). Управляющая электронная схема, аналогичная используемой в чипах DRAM-памяти, позволяет одновременно посылать индивидуальные команды каждому из микроприводов, обеспечивая их слаженную совместную работу. Каждая игла обслуживает область размером 100×100 микрон; точное перемещение носителя информации в двух направлениях осуществляет прецизионный электромагнитный привод. Столь незначительный ход носителя обусловливает низкое энергопотребление системы.

Увеличенные изображения экспериментального чипа Millipede, сделанные при помощи электронного микроскопа (сверху вниз): массив микроприводов, фрагмент массива микроприводов, отдельный микропривод, игла микропривода (вид сбоку)

Все необходимые операции — чтение, запись, стирание и перезапись — осуществляются при соприкосновении игл с тонкой полимерной пленкой, покрытой слоем силиконового материала толщиной всего несколько нанометров. Нанесение углубления, соответствующего биту, производится путем нагревания до 400 °С встроенного в микропривод резистора. Нагретая до этой температуры игла размягчает полимер и на короткое время погружается в него, формируя углубление. При чтении нагрев производится до меньшей температуры (300 °С), которая недостаточна для размягчения используемого полимерного материала. Благодаря высокой теплопроводности полимера игла при погружении в имеющееся углубление остывает, в результате чего изменяется сопротивление резистора, которое также отслеживается управляющей схемой

Так выглядит фрагмент массива микроприводов при увеличении через оптический микроскоп

Для перезаписи данных игла совершает несколько движений с небольшим смещением относительно центра ранее сделанного углубления — как бы разравнивая поверхность полимерного материала. В процессе демонстрации опытной установки было выполнено более 100 тыс. циклов перезаписи.

Портрет Millipede в цифрах.

Тенденции развития компьютерной индустрии, в частности портативных цифровых устройств, вызвали определенные изменения в структуре рынка одного из основных компонентов цифровой техники — устройств хранения данных. Сегодня наиболее важными являются четыре параметра: емкость (которая, в свою очередь, зависит от физических размеров и удельной плотности записи), скорость обмена данными, уровень энергопотребления и надежность.

На сегодняшний день Millipede обладает наименьшими среди всех распространенных устройств хранения данных размерами и уровнем энергопотребления. Удельная плотность записи для экспериментальной установки, оснащенной массивом из 1024 игл, составляет 200 Гбит на кв. дюйм, что позволяет сохранить до 0,5 Гбайт на носителе размером 3×3 мм. Ожидается, что усовершенствованный Millipede, который появится в самом начале будущего года, при размере 7×7 мм будет оснащен массивом из 4096 игл. Однако ученые IBM уверены в том, что вполне реально достичь еще больших показателей плотности. Один из руководителей проекта Millipede, нобелевский лауреат Герд Бинниг (Gerd Binnig), утверждает, что потенциально возможно тысячекратное увеличение плотности записи по сравнению с достигнутыми на сегодняшний день результатами. Емкость карт флэш-памяти в ближайшем будущем вряд ли превысит отметку в 1-2 Гбайт, в то время как технология Millipede позволит хранить от 10 до 15 Гбайт данных в устройстве аналогичного размера, причем без увеличения энергопотребления.

Если говорить о скорости чтения/записи, то она ограничена быстродействием игл. «Производительность» одной иглы составляет несколько килобит в секунду, и соответственно предельная скорость работы существующей сегодня экспериментальной установки составляет несколько мегабит в секунду. Однако использование более совершенных электронных схем позволяет значительно повысить быстродействие. В ходе экспериментов, проведенных в одном из исследовательских центров IBM, были достигнуты значительно более высокие показатели — свыше 1 Мбит/с для одной иглы.

Потребляемая мощность в значительной степени зависит от скорости, на которой работает устройство. При работе со скоростью порядка нескольких мегабит в секунду экспериментальная установка Millipede потребляет около 100 мВт, что сопоставимо с энергозатратами современных модулей флэш-памяти и значительно меньше аналогичного параметра устройств, использующих магнитную запись.