Как стать автором
Обновить
0

1 бит на 12 атомах

Время на прочтение 4 мин
Количество просмотров 9.9K


Читатели блога IBM знают, сколько сил и средств вкладывает компания в различные исследования и разработки, но далеко не всегда могут сразу же ответить на вопрос: «Что революционного сделал голубой гигант за последние Х лет?» Во-первых таких вещей очень много, они постоянно окружают нас в современной жизни, а потому и определить, что есть что, и откуда растут корни, далеко не всегда просто.

Поэтому мы стремимся рассказывать читателям нашего блога о том, какие исследования проходят в IBM сегодня и к чему они приведут завтра. Гвоздь программы — публикация в уважаемом журнале Science, повествующая о том как специалистам IBM удалось найти способ упаковки 1 бит информации в структуру из 12 атомов, создав, таким образом, самый маленький в мире магнитный накопитель данных.

image

Это еще один прорыв, на окончательное осознание которого индустрии понадобится, скорее всего, не год, не два и даже не пять, а десятилетия, но он отлично иллюстрирует то, каков потенциал будущего развития способов хранения электронной информации.

image

До настоящего момента физики на самом деле не знали, насколько маленьким (в атомарном масштабе) может быть магнитный накопитель, прежде чем на него начнут влиять законы квантовой механики, не давая эффективно и надежно хранить данные долгое время. Соединив вместе 8 атомов, к примеру, невозможно получить стабильную магнитную структуру — так говорит Андреас Хайнрих, физик из IBM, ответственный за это важное открытие: «Вся система спонтанно „перепрыгивает“ из одного состояния в другое, что не дает основания говорить о каком-либо хранении данных. Она может изменять свое состояние тысячи раз в секунду».

Другая проблема заключается в том, что сложно заставить соседствующие биты данных «не перебивать» друг-друга. Современные жесткие диски обладают структурой, известной как «ферромагнитная» — это значит, что большое количество атомов слеплены вместе и они должны обязательно обращаться в сторону одного и того же магнитного полюса, как стрелка компаса или магнитик на вашем холодильнике.

image

То, что создали в IBM, противоречит этому принципу, так как используется 12-атомная антиферромагнитная структура — это значит, что соседние атомы «смотрят» в разных направлениях. Это предотвращает смешение одних атомов с другими, что важно, когда для хранения одного бита используется одновременно 12 атомов: «В ферромагните все атомы дополняют друг-друга для того чтобы делать переключения больших кластеров данных, и переключение каждого кластера вызывает реакцию соседнего кластера. Поэтому вы не можете контролировать их независимо друг от друга» — говорит автор открытия. «Но в антиферромагните нет никаких больших переключений, поэтому можно разместить атомы очень близко друг к другу без вреда для хранящейся информации».

В IBM использовался сканнирующий туннельный микроскоп (STM) — то что изобрели внутри компании около 30 лет назад, для того чтобы «видеть» атомы и, самое главное, передвигать их по структуре сетки.

Собственно говоря, про саму «революционность» открытия — 12-атомные устройства хранения информации будут намного, и это не шутка, намного меньше сегодняшних жестких дисков. Друзья нашей компании в Hitachi подсчитали, что их жесткий диск использует в среднем около 800 000 атомов для хранения одного бита информации. Это касается дорогого и высококлассного оборудования, а в дисках, которые мы используем повсеместно, требуется около миллиона атомов для хранения 1 бита данных. Простым математическим действием мы получаем результат, в котором 8 Гб флешка использует примерно 69 квадриллионов атомов.

Так что же удерживает индустрии от того, чтобы уже сейчас начать производить антиферромагнитные флеш-приводы и продавать во всех магазинах по всему миру? Несколько вещей. Во-первых рабочая температура: 1 градус по Кельвину (около -270 градусов по Цельсию). Исследователи считают, что при комнатной температуре понадобится около 150 атомов для хранения одного бита информации, что не так уж и плохо на фоне имеющейся архитектуры, но все же в 10 раз превышает достижимый минимум.

Впрочем, есть и более серьезная и реальная проблема: никто и никогда не пытался построить что-то настолько миниатюрное для массового рынка, за пределами лаборатории. И, естественно, это невозможно сделать «за недорого»: «Многие люди работают над решением этой проблемы, но пока никто не добился успеха».



Есть еще одна вещь, сильно влияющая на то, как ведут себя лидирующие мировые компании — Закон Мура. Этот долгоиграющий феномен, по которому количество транзисторов на схемах должно удваиваться в среднем каждые два года, последние несколько лет находится в опале, так как производители чипов скоро упрутся в физический потолок техпроцесса и для того, чтобы прогресс и дальше оставался стабильным, требуются абсолютно и принципиально новые архитектуры и атомарные структуры. Долгосрочная цель IBM в этом свете проста — создать память которую можно купить, и которая в 417 раз плотнее чем традиционная DRAM и примерно в 10000 раз плотнее SRAM. Это значит что в компьютерах завтрашнего дня может быть несколько терабайт оперативной памяти или кеша процессора.

Сам Андреас Хайнрих говорит, что когда он впервые увидел структуру из 12 атомов держущих заряд достаточный период времени для того чтобы назвать всю систему стабильной, он был потрясен — четыре часа подряд он сидел в своей лаборатории, переключая состояние атомов туда и обратно: «Фактически, мне просто снесло крышу. Такое возможно один раз в истории, даже для человека который постоянно имеет дело с подобными вещами каждый день, когда нечто подобное становится действительно реальным и доступным, нам всем сносит крышу».
Теги:
Хабы:
+22
Комментарии 31
Комментарии Комментарии 31

Публикации

Информация

Сайт
www.ibm.com
Дата регистрации
Дата основания
Численность
1 001–5 000 человек

Истории