Перфокарта XXI века

Почти три года назад исследователи из компании IBM рассказали про уникальный накопитель информации, действующий по принципу перфокарты, но в нанометровых масштабах. Сегодня Millipede существует уже в виде действующего прототипа, не за горами и вывод его на массовый рынок.

Летом 2002-го года в популярной околокомпьютерной прессе было много шуму по поводу уникальной наномеханической разработки, выполненной исследователями из швейцарского подразделения корпорации IBM. Millipede (букв. многоножка) - так называлась чудо-машинка, уместившаяся на кремниевом кристалле площадью в несколько квадратных миллиметров. Главное её свойство - умение хранить невообразимые для своих крохотных габаритов объёмы информации: теоретически, Millipede позволял сохранить на квадратном дюйме особого пластика до одного терабита данных! Цифра сама по себе впечатляющая, но чтобы обыватель смог лучше представить себе масштабы свершения, создатели нанонакопителя предложили следующую аналогию: используя технологию, лежащую в основе Millipede, на площадке, эквивалентной средней почтовой марке, можно сохранить 25 DVD-дисков. Как удалось достичь такой плотности? Разработчики Millipede привлекли старую идею, реализовав её на новом технологическом уровне. Помните перфокарты?

В самом деле, устройство и принцип действия революционной разработки IBM здорово напоминают те, что широко использовались в вычислительной технике в 70-е годы прошлого века. В настоящих перфокартах (листах картона) пробивались отверстия, кодировавшие небольшой - сотни байт - объём информации. "Модернизированный вариант" отличается прежде всего масштабами: "отверстия" в "перфокарте" Millipede измеряются единицами нанометров в диаметре. Впрочем, ближайшее рассмотрение выделяет массу других отличий. Так, отверстия на самом деле - лишь углубления в пластике, а "компостером" служит миниатюрная матрица из тысячи с небольшим тончайших иголок. Кончик каждой из них способен нагреваться до температуры в 400 градусов Цельсия - прикосновение такой иглой к рабочей поверхности носителя приводит к размягчению пластика и появлению пита (ямки). Похожим образом организовано и чтение данных: иглы разогреваются до несколько меньшей температуры и, по степени охлаждения особого датчика, закреплённого на конце иглы, электроника определяет, имеется ли в данном месте углубление или же поверхность ровная. Дополняя картину, создатели Millipede указывали и на возможность перезаписи данных путём затирания питов. Прочесть подробней о механике устройства можно, к примеру, в моей статье от августа 2002-го ("Ах, эти ножки!", "Домашний компьютер", #8, 2002).

Тогда, впрочем, Millipede был чисто лабораторным проектом с массой ограничений, которые ещё предстояло обойти и было неизвестно, удастся ли это сделать. И одной из главных проблем была низкая скорость чтения/записи, составлявшая лишь несколько килобит в секунду. С тех пор минуло почти три года и сегодня мне приятно сообщить вам, что проект не закрыт и работы по нему наконец привели к первому зримому результату. В эти весенние денёчки на стендах IBM на выставке CeBIT, проходящей в Германии, демонстрируется в числе прочего и действующий прототип накопителя, основанный на технологии Millipede.

Устройство, привезённое Голубым гигантом на CeBIT, представляет собой миниатюрную плату с габаритами 16.5х17.5х1.2 мм. Размеры выбраны не случайно - такова форма карточек SecureDigital, и именно этим интерфейсом оснащён накопитель. Главный компонент его - наномеханический чип, занимающий значительную часть платы. В нём спрятана рабочая матрица, насчитывающая теперь 4096 игл (64х64) и особый MEMS-механизм, перемещающий в двух измерениях лист пластика, который играет роль собственно носителя. Иглы имеют длину 70 микрометров и способны (перемещает их отдельный электростатический MEMS-активатор) выдавливать питы диметром всего в 10 нанометров. Именно с помощью этого прототипа специалисты IBM демонстрируют и осуществимость идеи наноперфорации, и её практическую пригодность: плотность записи (больше одного терабита на квадратный дюйм), хорошую скорость передачи данных, высокую надёжность. Надо сказать, Millipede сегодня отличается от своего лабораторного предка прежде всего именно практической пригодностью. Каждая игла в матрице теперь может работать в параллель с другими, а может и независимо (читать, писать или стирать) - это позволило достичь "приемлемой скорости чтения/записи" (к сожалению, точных цифр мне найти не удалось). Строение MEMS-активаторов такого, что внешние вибрации не влияют на точность позиционирования и не мешают работе устройства. Наконец, реально продемонстрировано более 10 тысяч циклов записи-стирания.

Несмотря на явные успехи, команде разработчиков Millipede ещё предстоит решить немало задач. Так, сегодня из-за ограниченных возможностей MEMS-активатора, перемещающего лист пластика под матрицей, используется лишь малая часть этого листа. Поэтому говорить о терабитной ёмкости накопителя можно лишь с прицелом на перспективу. По оценке создателей, на превращение Millipede в коммерческий продукт уйдёт ещё как минимум два года. Как раз тогда ожидается исчерпание физических возможностей чипов флэш-памяти - и наномеханические накопители станут хорошим продолжением: два года назад ожидалось, а сегодня подтверждается, что Millipede сможет заменить и вытеснить "флэшки", предложив при сравнимых энергопотреблении и габаритах непревзойдённую информационную ёмкость. Скорее всего первым Millipede-устройством станет карточка формата SD, вмещающая 100 Гбайт. Впрочем, прошедшие три года принесли не только успех, но и конкуренцию. В затылок IBM уже дышит мало кому известная американская компания Nanochip, обещающая наномеханический продукт с теми же функциональными качествами, в те же сроки, но с иным принципом действия. Кто будет первым?