омп'ютерн≥ науки > ƒва напр¤мки створенн¤ пам'¤т≥ майбутнього

ћабуть, помилково розгл¤дати пристрою галограф≥чноњ пам'¤т≥ ¤к радикально нову технолог≥ю, тому що њњ основн≥ концепц≥њ розроблен≥ близько 30 рок≥в тому. якщо що ≥ зм≥нилос¤, так це приступн≥сть ключових компонент≥в дл¤ ц≥Їњ технолог≥њ - ц≥ни на них стали значно нижче. “ак, нап≥впров≥дниковий лазер уже не Ї чимось дивовижним, а давним-давно вже став стандартом. « ≥ншого боку, SLM - це результат т≥Їњ ж технолог≥њ, що застосовуЇтьс¤ при виготовленн≥ LCD-екран≥в дл¤ ѕк-блокнот≥в ≥ калькул¤тор≥в, а детекторна матриц¤ CCD запозичена пр¤мо з цифровоњ в≥деокамери.

ќтже, переваг у новоњ технолог≥њ б≥льш н≥ж досить: кр≥м того, що ≥нформац≥¤ збер≥гаЇтьс¤ ≥ зчитуЇтьс¤ паралельно, можна дос¤гти дуже високоњ швидкост≥ передач≥ даних ≥, в окремих випадках, висок≥й швидкост≥ дов≥льного доступу. ј саме головне - практично в≥дсутн≥ механ≥чн≥ компоненти, властив≥ нин≥шн≥м хоронител¤м ≥нформац≥њ (наприклад, шпиндел≥ з г≥гантським числом оборот≥в). ÷е гарантуЇ не т≥льки швидкий доступ (дл¤ даноњ технолог≥њ правильно сказати миттЇвий) до даних, меншу ≥мов≥рн≥сть збоњв, але ≥ б≥льш низьке споживанн¤ електроенерг≥њ, оск≥льки сьогодн≥ твердий диск - один з найб≥льш енергоЇмних компонент≥в комп'ютера.

ћолекул¤рна пам'¤ть

≤нший радикально ≥нший п≥дх≥д у створенн≥ пристроњв збереженн¤ даних - молекул¤рний. √рупа досл≥дник≥в центра "W.M. Keck Center for Molecular Electronic" п≥д кер≥вництвом професора –оберта –. Ѕирга (Robert R. Birge) уже в≥дносно давно одержала прототип п≥дсистеми пам'¤т≥, що використовуЇ дл¤ запам'¤товуванн¤ цифров≥ б≥ти молекули. ÷е - молекули протењну, що називаЇтьс¤ бактер≥ородопсин (bacteriorhodopsin). ¬≥н маЇ пурпурний кол≥р, поглинаЇ св≥тло ≥ Ї присутн≥м у мембран≥ м≥кроорган≥зму, називаного halobacterium halobium. ÷ей м≥кроорган≥зм "проживаЇ" у сол¤них болотах, де температура може дос¤гати +150 ∞—.  оли р≥вень зм≥сту кисню в навколишн≥м середовищ≥ наст≥льки низок, що дл¤ одержанн¤ енерг≥њ неможливо використовувати подих (окислюванн¤), воно дл¤ фотосинтезу використовуЇ протењн.

Ѕактер≥ородопсин був вибрав тому, що фотоцикл (посл≥довн≥сть структурних зм≥н, що молекула перетерплюЇ при реакц≥њ з≥ св≥тлом) робить цю молекулу ≥деальним лог≥чним запам'¤товуючим елементом типу "&" чи типу перемикача з одного стану в ≥нше (тригер). як показали досл≥дженн¤ Ѕирга, bR-стан (лог≥чне значенн¤ б≥та "0") ≥ Q-стан (лог≥чне значенн¤ б≥та "1") Ї пром≥жними станами молекули ≥ можуть залишатис¤ стаб≥льними прот¤гом багатьох л≥т. ÷е властив≥сть, зокрема, що забезпечуЇ дивну стаб≥льн≥сть протењну, ≥ було придбано еволюц≥йним шл¤хом у боротьб≥ за виживанн¤ в суворих умовах сол¤них бол≥т.

ѕо оц≥нках Ѕирга, дан≥, записан≥ на бактер≥ородопсином запам'¤товуючому пристроњ, повинн≥ збер≥гатис¤ приблизно п'¤ть рок≥в. ≤ншою важливою особлив≥стю бактериородопсина Ї те, що ц≥ два стани мають пом≥тно в≥др≥зн¤ютьс¤ спектри поглинанн¤. ÷е дозвол¤Ї легко визначити поточний стан молекули за допомогою лазера, набудованого на в≥дпов≥дну частоту.

Ѕув побудований прототип системи пам'¤т≥, у ¤кому бактер≥ородопсин запам'¤товуЇ дан≥ в тривим≥рн≥й матриц≥. “ака матриц¤ ¤вл¤Ї собою кювету (прозора судина), заповнену пол≥акридним гелем, у ¤кий пом≥щений протењн.  ювету маЇ довгасту форму розм≥ром 1x1x2 дюйми. ѕротењн, що знаходитьс¤ в bR-стан≥, ф≥ксуЇтьс¤ в простор≥ при пол≥меризац≥њ гелю.  ювету оточують батаре¤ лазер≥в ≥ детекторна матриц¤, побудована на баз≥ приладу, що використовуЇ принцип зар¤довоњ ≥нжекц≥њ (CID - Charge Injection Device), що служать дл¤ запису ≥ читанн¤ даних.

ѕри запис≥ даних спочатку треба запалити жовтий "стор≥нковий" лазер - дл¤ перекладу молекул у Q-стан. ѕросторовий св≥тловий модул¤тор (SLM), що, ¤к говорилос¤ ран≥ше, ¤вл¤Ї собою LCD-матрицю, що створюЇ маску на шл¤ху лучачи, викликаЇ виникненн¤ активноњ (збудженоњ) площини в матер≥ал≥ усередин≥ кювети. ÷¤ энергоактивна площина ¤вл¤Ї собою стор≥нку даних, що може вм≥шати масив 4096x4096 bit. ѕеред поверненн¤м протењну в стан спокою (у ньому в≥н може знаходитис¤ досить тривалий час, збер≥гаючи ≥нформац≥ю) запалюЇтьс¤ червоний, записуючий лазер, розташовуваний п≥д пр¤мим кутом стосовно жовтого. ≤нший SLM в≥дображаЇ двоцифров≥ дан≥ ≥, таким чином, створюЇ на шл¤ху лучачи в≥дпов≥дну маску, тому опром≥ненню п≥ддадутьс¤ т≥льки визначен≥ пл¤ми (крапки) стор≥нки. ћолекули в цих м≥сц¤х перейдуть у Q-стан ≥ будуть представл¤ти двоцифрову одиницю. „астина стор≥нки, що залишилас¤, повернетьс¤ в перв≥сний bR-стан ≥ буде представл¤ти двоцифров≥ нул≥. ƒл¤ того, щоб прочитати дан≥, треба знову запалити стор≥нковий лазер, що переводить стор≥нку, що читаЇтьс¤, у Q-стан. ÷е робитьс¤ дл¤ того, щоб надал≥, за допомогою розходженн¤ в спектрах поглинанн¤, ≥дентиф≥кувати двоичные нул≥ й одиниц≥. „ерез 2ms п≥сл¤ цього стор≥нка "занурюЇтьс¤" у низько≥нтенсивний св≥тловий пот≥к червоного лазера. Ќизька ≥нтенсивн≥сть потр≥бна дл¤ того, щоб попередити "перепригуванн¤" молекул у Q-стан. ћолекули, що представл¤ють двоцифровий нуль, поглинають червоне св≥тло, а представл¤ючи двоцифрову одиницю пропускають пром≥нь повз себе. ÷е створюЇ "шаховий" малюнок з≥ св≥тлих ≥ темних пл¤м на LCD-матриц≥, що захоплюЇ стор≥нку цифровоњ ≥нформац≥њ.

ƒл¤ стиранн¤ даних досить короткого ≥мпульсу синього лазера, щоб повернути молекули з Q-стану у вих≥дний bR-стан. —инЇ св≥тло не обов'¤зково повинне йти в≥д лазера: так можна стерти всю кювету за допомогою звичайноњ ультраф≥олетовоњ лампи. ƒл¤ забезпеченн¤ ц≥л≥сност≥ даних при виб≥рковому стиранн≥ стор≥нок застосовуЇтьс¤ кешируванн¤ дек≥лькох сум≥жних стор≥нок. ѕри операц≥¤х читанн¤-запису також використовуютьс¤ два додаткових б≥ти парност≥, щоб захиститис¤ в≥д помилок. —тор≥нка даних може бути прочитана без руйнуванн¤ до 5000 раз≥в.  ожна стор≥нка в≥дсл≥дковуЇтьс¤ л≥чильником, ≥ ¤кщо в≥дбуваЇтьс¤ 1024 читанн¤, то стор≥нка "осв≥жаЇтьс¤" (регенеруЇтьс¤) за допомогою новоњ операц≥њ запису.

« огл¤ду на, що молекула зм≥нюЇ своњ стани в межах 1ms, сумарний час дл¤ виконанн¤ операц≥њ чи читанн¤ записи складаЇ близько 10ms. ќднак, за аналог≥Їю ≥з системою голографической пам'¤т≥, цей пристр≥й зд≥йснюЇ р≥вноб≥жний доступ у цикл≥ читанн¤-запису, що дозвол¤Ї розраховувати на швидк≥сть до 10MBps. ѕередбачаЇтьс¤, що ¤кщо об'Їднати по восьми запам'¤товуючих б≥тових осередк≥в у байт ≥з р≥вноб≥жним доступом, то можна дос¤гти швидкост≥ 80MBps, але дл¤ такого способу необх≥дна в≥дпов≥дна схемотехн≥чна реал≥зац≥¤ п≥дсистеми пам'¤т≥. ƒе¤к≥ верс≥њ пристроњв SLM виконують стор≥нкову адресац≥ю, що у недорогих конструкц≥¤х використовуЇтьс¤ при напр¤мку лучачи на потр≥бну стор≥нку за допомогою поворотноњ системи гальван≥чних дзеркал. “акий SLM забезпечуЇ доступ за 1ms, але ≥ коштуЇ в≥дпов≥дно в чотири рази дорожче.

—ам Ѕирг затверджуЇ, що запропонована њм система по швидкод≥њ близька до нап≥впров≥дниковоњ пам'¤т≥, поки не зустр≥нетьс¤ стор≥нковий дефект. ѕри ви¤вленн≥ такого дефекту необх≥дно перенаправл¤ти пром≥нь дл¤ доступу до таких стор≥нок з ≥ншоњ сторони. “еоретично, кювету, про ¤ку вже йшла мова, може вм≥стити 1“¬ даних. ќбмеженн¤ на Їмн≥сть зв'¤зан≥, в основному, ≥з проблемами л≥нзовоњ системи ≥ ¤к≥стю протењну.

„и зможе молекул¤рна пам'¤ть конкурувати з традиц≥йною нап≥впров≥дниковою пам'¤ттю? ѓњ конструкц≥¤, безумовно, маЇ визначен≥ переваги. ѕо-перше, вона заснована на протењн≥, що виробл¤Їтьс¤ у велик≥й к≥лькост≥ ≥ за недорогою ц≥ною, чому спри¤ють дос¤гненн¤ генноњ ≥нженер≥њ. ѕо-друге, система може функц≥онувати в б≥льш широкому д≥апазон≥ температур, чим нап≥впров≥дникова пам'¤ть. ѕо-третЇ, дан≥ збер≥гаютьс¤ пост≥йно - нав≥ть ¤кщо виключити харчуванн¤ системи пам'¤т≥, це не приведе до втрати ≥нформац≥њ. ≤, нарешт≥, кубики з даними, що мають маленьк≥ розм≥ри, але м≥ст¤ть г≥габайти ≥нформац≥њ, можна пом≥щати в арх≥в дл¤ збереженн¤ коп≥й (¤к магн≥тн≥ стр≥чки). “ому що кубики не м≥ст¤ть частин, що рухаютьс¤, це зручн≥ше, н≥ж використанн¤ портативних твердих чи диск≥в картридж≥в з магн≥тною стр≥чкою.

¬икористано матер≥али журналу "BYTE"
јдаптац≥¤: ћаксим Ћ≥нь (carcass@silur.com)
ќпубл≥ковано -- 19 с≥чн¤ 2001 р.
ќпубл≥ковано в журнал≥ " омпьютер Price"

1	2

Ќазва: ƒва напр¤мки створенн¤ пам'¤т≥ майбутнього
ƒата публ≥кац≥њ: 2005-02-22 (1216 прочитано)