محققان چینی فناوری جدیدی برای هارددیسکهای مولکولی خودرمزنگار معرفی کردهاند که از ظرفیتهای بیش از ۱۰۰ ترابایت پشتیبانی میکند.
به گزارش تکناک، پژوهشگران چینی فناوری ذخیرهسازی نوینی را معرفی کردهاند که با استفاده از مولکولهای آلی، امکان ذخیره و رمزگذاری دادهها را در سطح مولکولی فراهم میکند. به گزارش Blocks & Files، این سیستم از میکروسکوپ اتمی ویژه برای ثبت و بازیابی دادهها بهره میبرد که با تغییر وضعیتهای مولکولی، اطلاعات را ذخیره میکند.
طبق اعلام Nature، این فناوری میتواند به دستگاههای ذخیرهسازی فوق چگالی کمک کند تا ضمن کاهش نیاز به فضای فیزیکی، مصرف انرژی را به حداقل برسانند. بااینحال، محدودیت عمر نوکهای میکروسکوپ نیروی اتمی همچنان مشکلی اساسی برای این روش به شمار میرود.
هارددیسکهای سنتی از لایههای مغناطیسی برای ذخیره اطلاعات استفاده میکنند و هدهای مغناطیسی تغییرات لازم را در این لایهها اعمال میکنند. در مقابل، در فناوری هارددیسک مولکولی خودرمزنگار، دادهها با استفاده از مولکولهای بسیار کوچک ذخیره و پردازش میشوند که در واکنش به ولتاژ، خواص الکتریکی خود را تغییر میدهند.
در این روش، پژوهشگران از ۲۰۰ مولکول Ru LPH خودآرایششده در تکلایه نازک (SAM) استفاده کردهاند. در این ساختار، یونهای روتنیوم میان دو حالت اکسایش و تجمع یونی تغییر وضعیت داده و هدایت الکتریکی را با کمک نوک C-AFM کنترل میکنند. نوک C-AFM با شعاع ۲۵ نانومتر دادهها را ازطریق اعمال ولتاژ میخواند و مینویسد. این فرایند امکان ایجاد ۹۶ سطح رسانایی در هر واحد ذخیرهسازی را فراهم میآورد که معادل ۶ بیت داده است؛ درست عملکرد NAND چندسطحی.
به نقل از تامزهاردور، یکی از مزایای مهم این فناوری، مصرف انرژی بسیار کم آن است. ازآنجاکه این سیستم به میدانهای مغناطیسی قوی یا گرمکردن محیط ذخیرهسازی نیازی ندارد، فرایند خواندن و نوشتن دادهها با توان مصرفی در محدوده pW/bit انجام میشود که آن را گزینهای بالقوه برای ذخیرهسازی دادههای عظیم میسازد.
بااینحال، پژوهشگران قصد دارند این فناوری را در قالب هارددیسکهای دارای دیسکهای چرخان و زیرلایههای شیشهای توسعه دهند. در این صورت، مصرف انرژی کلی این دستگاهها احتمالاً مشابه هارددیسکهای سنتی خواهد بود؛ زیرا همچنان به موتورهای مکانیکی نیاز دارند.
ضخامت لایه SAM در هارددیسک مولکولی خودرمزنگار تقریباً ۲/۵۴ نانومتر تخمین زده شده است. با فرض اینکه هر مولکول Ru LPH ابعادی در حدود چند نانومتر داشته باشد، ۲۰۰ مولکول خودآرایششده در تکلایهای فشرده، فضایی در حدود ۱۰ تا ۲۰ نانومتر مربع اشغال میکنند.
براساس محاسبات، این سیستم با نرخ ذخیرهسازی ۶ بیت در هر ۲۰۰ مولکول، میتواند به چگالی ۹/۶ گیگابیت بر اینچ مربع دست یابد که در سطح انتظارات از هارددیسکهای مجهز به فناوریهایی مانند BPM و روشهای نوشتن مبتنیبر گرما قرار میگیرد. برآوردها نشان میدهد که هارددیسکهای مبتنیبر فناوری HDMR در دهه ۲۰۳۰ به بازار عرضه خواهند شد و ظرفیتهایی فراتر از ۱۲۰ ترابایت را در استاندارد ۳/۵ اینچی ارائه خواهند داد.
باوجود قابلیتهای هارددیسک مولکولی خودرمزنگار، HDMR همچنان گزینهای آشنا و عملیتر برای تولیدکنندگان هارددیسک محسوب میشود. ازاینرو، ممکن است هارددیسک مولکولی تا زمان رسیدن به مرحله تجاری، دیگر مزیتی در برابر HDMR نداشته باشد؛ اما این فناوری یک ویژگی مهم دارد که آن را متمایز میسازد. هارددیسک مولکولی میتواند رمزگذاری دادهها را بهطور مستقیم در سطح مولکولی انجام دهد. این سیستم با استفاده از عملیات XOR بیتبهبیت، دادهها را بهصورت ایمن کدگذاری و از دسترسی غیرمجاز جلوگیری میکند.
در آزمایش عملی، تصاویر دیوارنگارههای Mogao Grottoes با منطق XOR رمزگذاری و سپس رمزگشایی شدند. علاوهبر این، این فناوری امکان اجرای عملیات منطقی AND و OR و XOR را در سطح ذخیرهسازی فراهم میکند که نیاز به پردازشهای اضافی را کاهش میدهد.
با وجود قابلیتهای فراوان هارددیسک مولکولی خودرمزنگار، طول عمر کوتاه نوک C-AFM یکی از موانع اصلی آن است. براساس گزارش Blocks & Files، این نوکها در حالت استفاده متناوب بین ۵۰ تا ۲۰۰ ساعت و در حالت استفاده مداوم تنها ۵ تا ۵۰ ساعت دوام دارند. چنین محدودیتی، این روش را برای ذخیرهسازی طولانیمدت و در مقیاسهای وسیع غیرعملی میکند؛ مگر آنکه راهکاری برای افزایش دوام نوکها ارائه شود.
درصورت حل این مشکل، فناوری ذخیرهسازی مولکولی میتواند به چگالی هارددیسکهای نسل آینده و حتی نوارهای آرشیوی برسد یا از آنها پیشی بگیرد؛ اما تا آن زمان، مشکلات فنی متعدد مسیر تجاریسازی آن را دشوار میکنند.
