Memória milípede - Millipede memory
| Tipos de memória de computador |
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A memória milípede é uma forma de memória de computador não volátil . Ele prometeu uma densidade de dados de mais de 1 terabit por polegada quadrada (1 gigabit por milímetro quadrado), que é quase o limite dos discos rígidos de gravação perpendiculares . A tecnologia de armazenamento Millipede foi buscada como um substituto potencial para a gravação magnética em discos rígidos e um meio de reduzir o tamanho físico da tecnologia ao da mídia flash .
A IBM demonstrou um protótipo de dispositivo de armazenamento milípede na CeBIT 2005 e estava tentando disponibilizar a tecnologia comercialmente no final de 2007. No entanto, devido aos avanços simultâneos em tecnologias de armazenamento concorrentes, nenhum produto comercial foi disponibilizado desde então.
Tecnologia
Conceito básico
A memória principal dos computadores modernos é construída a partir de um de vários dispositivos relacionados a DRAM . DRAM consiste basicamente em uma série de capacitores , que armazenam dados em termos de presença ou ausência de carga elétrica. Cada capacitor e seu circuito de controle associado, conhecido como célula , retém um bit e vários bits podem ser lidos ou gravados em grandes blocos ao mesmo tempo.
Em contraste, os discos rígidos armazenam dados em um disco coberto com um material magnético ; os dados são representados por este material ser magnetizado localmente. A leitura e a gravação são realizadas por um único cabeçote, que espera que a localização da memória solicitada passe sob o cabeçote enquanto o disco gira. Como resultado, o desempenho de um disco rígido é limitado pela velocidade mecânica do motor e é geralmente centenas de milhares de vezes mais lento que o DRAM. No entanto, como as "células" em um disco rígido são muito menores, a densidade de armazenamento dos discos rígidos é muito maior do que a DRAM.
O armazenamento milípede tenta combinar recursos de ambos. Como um disco rígido, o millipede armazena dados em uma mídia e acessa os dados movendo a mídia sob a cabeça. Também semelhante aos discos rígidos, o meio físico do millipede armazena um pouco em uma área pequena, levando a altas densidades de armazenamento. No entanto, o milípede usa muitas cabeças nanoscópicas que podem ler e escrever em paralelo, aumentando assim a quantidade de dados lidos em um determinado momento.
Mecanicamente, o milípede usa várias sondas de força atômica , cada uma das quais é responsável por ler e escrever um grande número de bits associados a ela. Esses bits são armazenados como uma fossa, ou na ausência de uma, na superfície de um polímero termoativo , que é depositado como uma película fina em um suporte conhecido como trenó. Qualquer sonda só pode ler ou gravar em uma área bastante pequena do trenó disponível, conhecida como campo de armazenamento . Normalmente, o trenó é movido de modo que os bits selecionados sejam posicionados sob a sonda usando atuadores eletromecânicos. Esses atuadores são semelhantes aos que posicionam o cabeçote de leitura / gravação em um disco rígido típico; no entanto, a distância real movida é pequena em comparação. O trenó é movido em um padrão de varredura para trazer os bits solicitados sob a sonda, um processo conhecido como varredura x / y.
A quantidade de memória servida por qualquer par de campo / sonda é bastante pequena, mas também é seu tamanho físico. Assim, muitos desses pares de campo / sonda são usados para formar um dispositivo de memória, e as leituras e gravações de dados podem ser espalhadas por muitos campos em paralelo, aumentando o rendimento e melhorando os tempos de acesso. Por exemplo, um único valor de 32 bits normalmente seria escrito como um conjunto de bits únicos enviados para 32 campos diferentes. Nos dispositivos experimentais iniciais, as sondas foram montadas em uma grade de 32x32 para um total de 1.024 sondas. Dado que esse layout parecia com as pernas de uma centopéia (animal), o nome pegou. O projeto da matriz do cantilever envolve a fabricação de vários cantilevers mecânicos, nos quais uma sonda deve ser montada. Todos os cantilevers são feitos inteiramente de silício, usando micro - usinagem de superfície na superfície do wafer.
Em relação à criação de indentações, ou poços, os polímeros não reticulados retêm uma baixa temperatura do vidro , em torno de 120 ° C para o PMMA e se a ponta da sonda for aquecida acima da temperatura do vidro, deixa uma pequena indentação. Os recuos são feitos com resolução lateral de 3 nm. Ao aquecer a sonda imediatamente próximo a uma indentação, o polímero fundirá novamente e preencherá a indentação, apagando-a (ver também: litografia de sonda de varredura termo-mecânica ). Depois de escrever, a ponta da sonda pode ser usada para ler as indentações. Se cada indentação for tratada como um bit, uma densidade de armazenamento de 0,9 Tb / in 2 poderia teoricamente ser alcançada.
Ler e escrever dados
Cada sonda no arranjo cantilever armazena e lê dados termo-mecanicamente, manipulando um bit de cada vez. Para realizar uma leitura, a ponta da sonda é aquecida a cerca de 300 ° C e movida na proximidade do suporte de dados. Se a sonda estiver localizada sobre um fosso, o cantilever irá empurrá-la para dentro do orifício, aumentando a área de superfície em contato com o trenó e, por sua vez, aumentando o resfriamento conforme o calor vaza para o trenó vindo da sonda. No caso em que não há fossa naquele local, apenas a ponta da sonda permanece em contato com o trenó, e o calor escoa mais lentamente. A resistência elétrica da sonda é uma função de sua temperatura e aumenta com o aumento da temperatura. Portanto, quando a sonda cai em um poço e esfria, isso é registrado como uma queda na resistência. Uma baixa resistência será traduzida para um bit "1" ou um bit "0" caso contrário. Durante a leitura de um campo de armazenamento inteiro, a ponta é arrastada por toda a superfície e as mudanças de resistência são monitoradas constantemente.
Para escrever um pouco, a ponta da sonda é aquecida a uma temperatura acima da temperatura de transição vítrea do polímero usado para fabricar o suporte de dados, que geralmente é feito de vidro acrílico . Neste caso, a temperatura de transição é de cerca de 400 ° C. Para escrever um "1", o polímero próximo à ponta é amolecido e, em seguida, a ponta é tocada suavemente nele, causando um amassado. Para apagar a broca e retorná-la ao estado zero, a ponta é puxada para cima da superfície, permitindo que a tensão superficial torne a superfície plana novamente. Os sistemas experimentais mais antigos usavam uma variedade de técnicas de apagamento que geralmente consumiam mais tempo e eram menos eficazes. Esses sistemas mais antigos ofereciam cerca de 100.000 apagamentos, mas as referências disponíveis não contêm informações suficientes para dizer se isso foi aprimorado com as técnicas mais recentes.
Como se poderia esperar, a necessidade de aquecer as pontas de prova requer uma grande quantidade de energia para operação geral. No entanto, a quantidade exata depende da velocidade com que os dados estão sendo acessados; em taxas mais lentas, o resfriamento durante a leitura é menor, assim como o número de vezes que a sonda deve ser aquecida a uma temperatura mais alta para gravar. Quando operado a taxas de dados de alguns megabits por segundo, espera-se que o Millipede consuma cerca de 100 miliwatts, o que está na faixa da tecnologia de memória flash e consideravelmente abaixo dos discos rígidos. No entanto, uma das principais vantagens do design Millipede é que ele é altamente paralelo, permitindo que seja executado em velocidades muito mais altas em GB / s. Nesses tipos de velocidades, pode-se esperar que os requisitos de energia correspondam mais aos discos rígidos atuais e, de fato, a velocidade de transferência de dados é limitada à faixa de kilobits por segundo para uma sonda individual, o que equivale a alguns megabits para um array inteiro. Experimentos feitos no Almaden Research Center da IBM mostraram que dicas individuais podem suportar taxas de dados de até 1 - 2 megabits por segundo, potencialmente oferecendo velocidades agregadas na faixa de GB / s.
Formulários
A memória milípede foi proposta como uma forma de memória de computador não volátil destinada a competir com a memória flash em termos de armazenamento de dados, velocidade de leitura e gravação e tamanho físico da tecnologia. No entanto, outras tecnologias já o ultrapassaram e, portanto, não parece ser uma tecnologia que está sendo perseguida.
História
Primeiros dispositivos
Os dispositivos de milípede da primeira geração usavam sondas de 10 nanômetros de diâmetro e 70 nanômetros de comprimento, produzindo poços de cerca de 40 nm de diâmetro em campos de 92 µm x 92 µm. Organizado em uma grade de 32 x 32, o chip resultante de 3 mm x 3 mm armazena 500 megabits de dados ou 62,5 MB, resultando em uma densidade de área , o número de bits por polegada quadrada, da ordem de 200 Gbit / in². A IBM demonstrou inicialmente esse dispositivo em 2003, planejando apresentá-lo comercialmente em 2005. Nesse ponto, os discos rígidos estavam se aproximando dos 150 Gbit / in² e, desde então, o ultrapassaram.
Produto Comercial Proposto
Os dispositivos demonstrados na CeBIT Expo em 2005 melhoraram o design básico, usando chips cantilever de 64 x 64 com um trenó de dados de 7 mm x 7 mm, aumentando a capacidade de armazenamento de dados para 800 Gbit / in² usando poços menores. Parece que o tamanho do poço pode ser dimensionado para cerca de 10 nm, resultando em uma densidade de área teórica de pouco mais de 1 Tbit / in². A IBM planejou lançar dispositivos baseados neste tipo de densidade em 2007. Para comparação, no final de 2011, os discos rígidos de laptop eram enviados com uma densidade de 636 Gbit / in², e espera-se que a gravação magnética assistida por calor e a mídia padronizada juntos poderia suportar densidades de 10 Tbit / in². O Flash atingiu quase 250 Gbit / in² no início de 2010.
Desenvolvimento Atual
Em 2015, por causa dos avanços simultâneos em tecnologias de armazenamento concorrentes, nenhum produto comercial foi disponibilizado até agora.