Китайские исследователи разработали молекулярную систему хранения данных высокой плотности, которая использует органические молекулы для хранения и шифрования данных, сообщает Blocks & Files. Информация записывается и извлекается с помощью специализированного атомно-силового микроскопа, который манипулирует состояниями молекул для хранения данных, говорится в описании, опубликованном в журнале Nature. Хотя эта технология может привести к созданию устройств хранения данных с чрезвычайно высокой плотностью записи, которые позволят сократить занимаемое пространство и энергопотребление (например, жестких дисков емкостью 100 ТБ и более), основным препятствием остается короткий срок службы наконечников атомных микроскопов.
Традиционные жесткие диски хранят данные на магнитных материалах, которые изменяют свои свойства с помощью магнитных записывающих головок. Технология молекулярных жестких дисков сохраняет и обрабатывает данные с помощью крошечных молекул, которые меняют свои электрические свойства под воздействием напряжения. Исследователи использовали 200 самособирающихся молекул Ru LPH, расположенных в тонком монослое (SAM), где ионы рутения переключались между окисленным и накопленным ионными состояниями, изменяя проводимость материала с помощью проводящего наконечника атомно-силового микроскопа (C-AFM). Наконечник (C-AFM) с радиусом 25 нм записывает и считывает данные, подавая небольшое напряжение для управления этими молекулярными изменениями, что позволяет использовать 96 различных состояний проводимости на единицу (6-битная память), что в некотором роде напоминает NAND многоуровневых ячеек.
Поскольку эта система не требует сильных магнитных полей или нагрева носителя, она работает с чрезвычайно низким энергопотреблением (в диапазоне пВт/бит) при чтении и записи, что, по мнению исследователей, потенциально очень эффективно для крупномасштабного хранения данных. Однако, поскольку ученые планируют использовать свои инновации в жестких дисках с вращающимися носителями на основе стеклянных подложек, энергопотребление реальных дисков, вероятно, будет сопоставимо с традиционными жесткими дисками, поскольку двигатели все равно будут потреблять энергию.
По оценкам исследователей, толщина слоя SAM составляет ~2,54 нм. Если предположить, что каждая молекула Ru LPH имеет схожую ширину и длину, порядка нескольких нанометров, то 200 молекул, расположенных в компактном монослое, будут занимать площадь примерно в десятки квадратных нанометров (т.е. 10-20 нм в ширину и длину). Математические расчеты показывают, что хранение 6 бит данных на 200 самосборных молекул Ru LPH составляет около 9,6 Гбит/дюйм^2 (хотя следует учитывать, что математические расчеты могут быть ошибочными), что соответствует ожиданиям производителей жестких дисков от традиционных жестких дисков с тепловой записью и битовыми носителями (BPM). Ожидается, что эти жесткие диски HDMR появятся где-то в 2030-х годах и позволят увеличить емкость 3,5-дюймового жесткого диска более чем на 120 ТБ.
Несмотря на то что HDMR имеет свои особенности (например, полностью шаблонированный носитель с использованием литографической технологии), производители жестких дисков, по крайней мере, понимают эту технологию, что может сделать исследования молекулярных жестких дисков устаревшими, поскольку к тому времени, когда они достигнут зрелости и будут готовы к коммерческому применению, HDMR будет уже в массовом производстве. Однако у технологии молекулярных жестких дисков, похоже, есть туз в рукаве.
Молекулярные жесткие диски могут реализовать встроенное шифрование с помощью операций XOR на уровне битов. Это означает, что система может надежно шифровать данные на молекулярном уровне, предотвращая несанкционированный доступ. Это было продемонстрировано на примере шифрования изображений фресок из гротов Могао, где информация в каждом пикселе была преобразована с помощью логики XOR и впоследствии расшифрована. Кроме того, молекулярный жесткий диск может выполнять такие логические операции, как И, ИЛИ и XOR, непосредственно в блоке памяти, что снижает потребность в дополнительных вычислительных мощностях.
Несмотря на свой потенциал, система имеет один существенный недостаток: короткий срок службы наконечника C-AFM. По данным Blocks & Files, эти наконечники работают от 50 до 200 часов при периодическом использовании и только от 5 до 50 часов в непрерывном режиме. Это ограничение делает невозможным применение крупномасштабных систем долгосрочного хранения, если не будут разработаны более долговечные наконечники. Если эта проблема будет решена, молекулярные накопители смогут сравняться или даже превзойти по плотности жесткие диски нового поколения и архивные ленты. Однако пока остаются значительные инженерные проблемы, которые не позволяют сделать молекулярные накопители жизнеспособной альтернативой существующим методам хранения данных.
Получайте лучшие новости и обзоры от Tom’s Hardware прямо на ваш почтовый ящик.
