Memoria de milpiés - Millipede memory
| Tipos de memoria de computadora |
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| Histórico |
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La memoria de milpiés es una forma de memoria de computadora no volátil . Prometió una densidad de datos de más de 1 terabit por pulgada cuadrada (1 gigabit por milímetro cuadrado), que es aproximadamente el límite de los discos duros de grabación perpendiculares . La tecnología de almacenamiento de milpiés se utilizó como un reemplazo potencial para la grabación magnética en discos duros y un medio para reducir el tamaño físico de la tecnología al de los medios flash .
IBM demostró un prototipo de dispositivo de almacenamiento de milpiés en CeBIT 2005, y estaba tratando de que la tecnología estuviera disponible comercialmente para fines de 2007. Sin embargo, debido a los avances simultáneos en tecnologías de almacenamiento competidoras, no se ha puesto a disposición ningún producto comercial desde entonces.
Tecnología
Concepto basico
La memoria principal de las computadoras modernas se construye a partir de uno de varios dispositivos relacionados con DRAM . La DRAM consiste básicamente en una serie de condensadores , que almacenan datos en términos de presencia o ausencia de carga eléctrica. Cada condensador y sus circuitos de control asociados, denominados celda , contienen un bit y se pueden leer o escribir varios bits en bloques grandes al mismo tiempo.
Por el contrario, los discos duros almacenan datos en un disco que está cubierto con un material magnético ; Los datos están representados por este material magnetizado localmente. La lectura y la escritura se realizan mediante un solo cabezal, que espera a que la ubicación de memoria solicitada pase debajo del cabezal mientras el disco gira. Como resultado, el rendimiento de un disco duro está limitado por la velocidad mecánica del motor y, por lo general, es cientos de miles de veces más lento que la DRAM. Sin embargo, dado que las "celdas" de un disco duro son mucho más pequeñas, la densidad de almacenamiento de los discos duros es mucho mayor que la de DRAM.
El almacenamiento de milpiés intenta combinar características de ambos. Como un disco duro, milpiés almacena datos en un medio y accede a los datos moviendo el medio debajo de la cabeza. También similar a los discos duros, el medio físico de milpiés almacena un poco en un área pequeña, lo que genera altas densidades de almacenamiento. Sin embargo, milpiés utiliza muchas cabezas nanoscópicas que pueden leer y escribir en paralelo, lo que aumenta la cantidad de datos leídos en un momento dado.
Mecánicamente, el milpiés utiliza numerosas sondas de fuerza atómica , cada una de las cuales es responsable de leer y escribir una gran cantidad de bits asociados. Estos bits se almacenan como un pozo, o en ausencia de uno, en la superficie de un polímero termoactivo , que se deposita como una película delgada sobre un soporte conocido como trineo. Cualquier sonda solo puede leer o escribir un área bastante pequeña del trineo disponible, conocida como campo de almacenamiento . Normalmente, el trineo se mueve para que las brocas seleccionadas se coloquen debajo de la sonda utilizando actuadores electromecánicos. Estos actuadores son similares a los que colocan el cabezal de lectura / escritura en un disco duro típico, sin embargo, la distancia real que se mueve es pequeña en comparación. El trineo se mueve en un patrón de escaneo para traer los bits solicitados bajo la sonda, un proceso conocido como escaneo x / y.
La cantidad de memoria atendida por cualquier par de campo / sonda es bastante pequeña, pero también lo es su tamaño físico. Por lo tanto, muchos de estos pares de campo / sonda se utilizan para formar un dispositivo de memoria, y las lecturas y escrituras de datos se pueden distribuir en muchos campos en paralelo, aumentando el rendimiento y mejorando los tiempos de acceso. Por ejemplo, un único valor de 32 bits normalmente se escribiría como un conjunto de bits únicos enviados a 32 campos diferentes. En los dispositivos experimentales iniciales, las sondas se montaron en una cuadrícula de 32x32 para un total de 1.024 sondas. Dado que este diseño parecía las patas de un milpiés (animal), el nombre se quedó. El diseño del conjunto de voladizos implica la realización de numerosos voladizos mecánicos, sobre los que se debe montar una sonda. Todos los voladizos están hechos completamente de silicona, utilizando micromecanizado superficial en la superficie de la oblea.
Con respecto a la creación de hendiduras, o picaduras, los polímeros no reticulados retienen una baja temperatura del vidrio , alrededor de 120 ° C para el PMMA y si la punta de la sonda se calienta por encima de la temperatura del vidrio, deja una pequeña hendidura. Las indentaciones se realizan a una resolución lateral de 3 nm. Al calentar la sonda inmediatamente al lado de una hendidura, el polímero se volverá a fundir y rellenará la hendidura, borrándola (ver también: litografía de sonda de exploración termomecánica ). Después de escribir, la punta de la sonda se puede usar para leer las muescas. Si cada hendidura se trata como un bit, teóricamente podría lograrse una densidad de almacenamiento de 0,9 Tb / in 2 .
Leer y escribir datos
Cada sonda en el arreglo en voladizo almacena y lee datos termomecánicamente, manejando un bit a la vez. Para realizar una lectura, la punta de la sonda se calienta a unos 300 ° C y se mueve cerca del trineo de datos. Si la sonda está ubicada sobre un pozo, el voladizo la empujará hacia el agujero, aumentando el área de superficie en contacto con el trineo y, a su vez, aumentando el enfriamiento a medida que el calor se filtra hacia el trineo desde la sonda. En el caso de que no haya un pozo en esa ubicación, solo la punta de la sonda permanece en contacto con el trineo y el calor se escapa más lentamente. La resistencia eléctrica de la sonda es función de su temperatura y aumenta con un aumento de temperatura. Por lo tanto, cuando la sonda cae en un pozo y se enfría, se registra como una caída en la resistencia. Una resistencia baja se traducirá en un bit "1", o un bit "0" en caso contrario. Mientras lee un campo de almacenamiento completo, la punta se arrastra por toda la superficie y los cambios de resistencia se monitorean constantemente.
Para escribir un poco, la punta de la sonda se calienta a una temperatura superior a la temperatura de transición vítrea del polímero utilizado para fabricar el trineo de datos, que generalmente está hecho de vidrio acrílico . En este caso, la temperatura de transición ronda los 400 ° C. Para escribir un "1", el polímero en las proximidades de la punta se ablanda y luego la punta se toca suavemente, provocando una abolladura. Para borrar la broca y devolverla al estado cero, la punta se levanta de la superficie, lo que permite que la tensión superficial tire de la superficie plana nuevamente. Los sistemas experimentales más antiguos usaban una variedad de técnicas de borrado que generalmente requerían más tiempo y menos éxito. Estos sistemas más antiguos ofrecían alrededor de 100.000 borrados, pero las referencias disponibles no contienen suficiente información para decir si esto se ha mejorado con las técnicas más nuevas.
Como era de esperar, la necesidad de calentar las sondas requiere una cantidad bastante grande de energía para el funcionamiento general. Sin embargo, la cantidad exacta depende de la velocidad a la que se accede a los datos; a velocidades más lentas, el enfriamiento durante la lectura es menor, al igual que el número de veces que la sonda debe calentarse a una temperatura más alta para escribir. Cuando se opera a velocidades de datos de unos pocos megabits por segundo, se espera que Millipede consuma alrededor de 100 milivatios, que está en el rango de la tecnología de memoria flash y considerablemente por debajo de los discos duros. Sin embargo, una de las principales ventajas del diseño de Milpiés es que es altamente paralelo, lo que le permite funcionar a velocidades mucho más altas en GB / s. A este tipo de velocidades, uno podría esperar requisitos de energía que coincidan más estrechamente con los discos duros actuales y, de hecho, la velocidad de transferencia de datos se limita al rango de kilobits por segundo para una sonda individual, lo que equivale a unos pocos megabits para una matriz completa. Los experimentos realizados en el Centro de Investigación de Almaden de IBM mostraron que las puntas individuales podrían soportar velocidades de datos de hasta 1 a 2 megabits por segundo, lo que podría ofrecer velocidades agregadas en el rango de GB / s.
Aplicaciones
La memoria de milpiés se propuso como una forma de memoria de computadora no volátil que estaba destinada a competir con la memoria flash en términos de almacenamiento de datos, velocidad de lectura y escritura y tamaño físico de la tecnología. Sin embargo, otras tecnologías lo han superado desde entonces y, por lo tanto, no parece ser una tecnología que se esté buscando en la actualidad.
Historia
Primeros dispositivos
Los dispositivos de milpiés de la primera generación utilizaron sondas de 10 nanómetros de diámetro y 70 nanómetros de longitud, produciendo hoyos de aproximadamente 40 nm de diámetro en campos de 92 µm x 92 µm. Organizado en una cuadrícula de 32 x 32, el chip resultante de 3 mm x 3 mm almacena 500 megabits de datos o 62,5 MB, lo que da como resultado una densidad de área , el número de bits por pulgada cuadrada, del orden de 200 Gbit / in². IBM demostró inicialmente este dispositivo en 2003, planeando lanzarlo comercialmente en 2005. En ese momento, los discos duros se acercaban a 150 Gbit / in² y desde entonces lo han superado.
Producto comercial propuesto
Los dispositivos demostrados en la CeBIT Expo en 2005 mejoraron el diseño básico, utilizando chips en voladizo de 64 x 64 con un trineo de datos de 7 mm x 7 mm, aumentando la capacidad de almacenamiento de datos a 800 Gbit / in² utilizando pozos más pequeños. Parece que el tamaño del pozo puede escalar a unos 10 nm, lo que da como resultado una densidad de área teórica de poco más de 1 Tbit / pulg². IBM planeaba introducir dispositivos basados en este tipo de densidad en 2007. A modo de comparación, a finales de 2011, los discos duros de portátiles se enviaban con una densidad de 636 Gbit / in², y se espera que la grabación magnética asistida por calor y los medios con patrones juntos podría soportar densidades de 10 Tbit / in². Flash alcanzó casi 250 Gbit / in² a principios de 2010.
El desarrollo actual
A partir de 2015, debido a los avances simultáneos en las tecnologías de almacenamiento de la competencia, hasta ahora no se ha puesto a disposición ningún producto comercial.