אחסון בגודל אטום עשוי לשנות את פני הנתונים והזיכרון

הסוד למצוקות אחסון הנתונים שלנו יכול להיות אטום או, ליתר דיוק, רשת שלהם.

לאטומים, אבני הבניין הקטנות ביותר בטבע, יש את המשיכה שלהם כאמצעי אחסון. אנחנו בהחלט צריכים פרדיגמת אחסון חדשה. משהו שתופס הרבה פחות מקום מהפתרון הנוכחי בקנה מידה גדול: מרכזי נתונים.

ראה גם:

הפזורים ברחבי העולם, מרכזי נתונים הם כמו גרסאות מאורגנות מאוד של המרתפים שלנו, עמוסים בדברים שאנו ניגשים אליהם רק מדי פעם, אך עדיין צורכים כמויות אדירות של מקום ואנרגיה. על פי הקבוצה הסביבתית להגנה על משאבי הטבע (NRDC), מרכזי נתונים אלהלאכול 70 מיליארד קילוואט שעותשל חשמל בשנה (נכון ל-2014).

חברות כמו פייסבוק לפחות מנסות להתמודד עם סוגיית האנרגיה עם חדשות, ידידותיות לסביבה,מרכזי נתונים המופעלים על ידי רוח. אבל זה לא יעזור בבעיית החלל. זיכרון אטומי הניתן לכתיבה מחדש עשוי להתמודד עם שני האתגרים.

זיכרון ברמה אטומית

במאמר חדש שפורסם ביום שני בכתב העת המדעיטֶבַע, חוקרים מאוניברסיטת דלפט הכריזו על פריצת הדרך שלהם ברמה האטומית בתחום אחסון הנתונים.

השימוש באטומים לאחסון נתונים מעמיד את המחקרים הללו בצעד מיקרוסקופי לפני המדענים שבתחילת החודש הבינו כיצד לאחסןOK Go קליפ מוזיקלי ב-DNA.

"צמדי הבסיסים במולקולת DNA (A, T, C ו-G) מורכבים כל אחד מעשרות אטומים. אז לא משנה איך תאחסנו שם נתונים, זה יהיה פחות צפוף מבייט אחד לכל אטום, כפי שהדגמנו, " אמר פרופסור חבר סנדר אוטהניתן למעוךבמייל. החוקר הראשי הוסיף כי בעוד שה-DNA הוא ליניארי, המאפשר מימד אחד של אחסון, פריצת הדרך שלהם פועלת בשני מימדים.

על פי המחקר, מדענים לקחו צלחת נחושת, יבשו עליה כלור ולאחר מכן השתמשו במבנה דמוי הרשת הטבעי של אטומי הכלור כדי לזהות גושי אטומים בגודל 8x8. הם גם דאגו לכסות רק חלקית את הצלחת באטומים, ולהשאיר מספר בלוקים פתוחים בתוך כל רשת, אך לעולם לא יהיו שני בלוקים פתוחים בסדרה (כשזה קרה, זה זוהה כשגיאה והבלוקים האלה לא שימשו לנתונים אִחסוּן).

אוטה הסביר שאטומי הכלור נקשרים לנחושת באמצעות קשר יוני. זה מחזיק אותם במקום, אבל מאפשר להזיז אותם. המחקר מתאר אותם מוזזים באותה צורה שבה אתה מזיז חלקים בפאזל הזזה מסורתי, שבדרך כלל חסר לו רק בלוק אחד.

כל זוג של אטומים חסרים (הידועים כמקומות פנויים) ומלאים מזוהה כ-bit (1 או 0). לאחר מכן הצליחו המדענים להעביר את האטומים הללו מהמקום המקורי שלהם למקום הפנוי באמצעות קצהו של מיקרוסקופ מנהור סורק (STM). הזזת האטומים הייתה שווה ערך לכתיבת סיביות. אטום וחריץ פתוח היו ביט אחד, רשת האטומים בגודל 8x8 הייתה שווה לאות ורשתות מרובות יכלו להיות שווה לטקסט מאוחסן. שמונה אלף סיביות אטומיות יכולות להיות 1 קילובייט.

מדענים גילו שהם יכולים לאחסן עצום של 500 טרה-ביט לאינץ' רבוע, מה שהופך את הצפיפות של האחסון האטומי הזה לגדול פי 500 מטכנולוגיית הכונן הקשיח הנוכחית.

כהוכחה לקונספט, חוקרים אחסנו קטע מההרצאה הקלאסית של המדען ריצ'רד פיינמן על מזעור,שפע של מקום בתחתית,בבלוק של 1,016 בתים של זיכרון אטומי.

קרא וכתוב

אותו טיפ STM, המשמש להעברת האטומים פנימה והחוצה ממקומות פנויים וכתיבת הנתונים, הוא גם מה שמשמש לקריאת הנתונים חזרה למערכת.

בקריאה, קצה STM לא ממש נוגע באטומים. "קצה STM הוא בדיקה סופר-רגישה לגובה שיכולה לדעת אם יש אטום מתחתיו או חור, וכך לקרוא את הנתונים", אמר אוטה באימייל.

צוות שמונה של אוטה, שכלל שני פיזיקאים תיאורטיים וחמישה פיזיקאים ניסויים כמוהו, בדרך כלל לא תמרן את האטומים ביד. "ברגע שהזיכרון נבנה, כל פרוטוקולי הקריאה והכתיבה היו אוטומטיים לחלוטין. גם הבניין עצמו היה אוטומטי ברובו. רק מדי פעם היינו צריכים להתערב ולתקן משהו ביד", כתב.

"אנו מתלהבים מהפיתוחים החדשים שיכולים לסייע בהפחתת צריכת האנרגיה של 3 מיליון מרכזי הנתונים של אמריקה, והזיהום הקשור להפקת החשמל הדרוש להפעלתם", אמר פט רמיק, אסטרטג בכיר לתקשורת אנרגיה ב-NRDC שנודע של המחקר.

כותב על פריצת הדרך בזיכרוןטֶבַע,סטיבן סי ארווין מהמרכז לחומרים חישוביים במעבדת המחקר הימי כינה את העבודה יוצאת דופן, אך ציין שזיכרון אטומי קילובייט עדיין "רחוק מלהיות מעשי".

יצירת בלוק בודד אחד של הזיכרון האטומי הזה דרשה טמפרטורות נמוכות במיוחד וזמן רב. זה לוקח 10 דקות לכתוב בלוק ודקה עד שתיים לקריאה. כתוצאה מכך, אוטה לא רואה שמסחור מתרחש בקרוב.

"באופן עקרוני, אני לא צופה שום מגבלה פיזית להאיץ את זה לאותה רמה כמו למשל דיסקים קשיחים (כ-1 מגה-ביט לשנייה), אבל יש הרבה מכשולים טכנולוגיים", הודה אוטה.

עם זאת, אוטה מאמין שהחשיבות האמיתית של הזיכרון האטומי הניתן לכתיבה מחדש של קילובייט אינה רק אחסון נתונים. זוהי "הדגמה של כמה טוב אנחנו יכולים כעת לארגן את העולם בדיוק אטומי", כתב.

אוטר גם נשאר מופתע מכמה טוב הפרויקט הלך.

"עשינו מניפולציות על המשרות הפנויות הראשונות בנובמבר בשנה שעברה. תוך שבוע הצלחנו לכתוב 64 ביטים". הוא כתב. "אז התבדחתי עם חברי הצוות שלי שבקצב הזה נגיע לקילו-בייט עד סוף ינואר. אבל לתדהמתי, התברר שזו לא בדיחה בכלל".

[עודכן 7-18-2016 17:19 ET: נוסף מספר חדש ומדויק יותר לשימוש באנרגיה במרכז הנתונים מה-NRDC]

יש לך מה להוסיף לסיפור הזה? שתפו אותו בתגובות.