الميليپيد
| أنواع ذاكرة الحاسوب |
| Volatile |
| Non-volatile |
ذات الألف قدم أو الميليپيد هى ذاكرة الحاسوب غير متطايرة المخزنة على حفر بمقياس نانومترى محفورة في سطح طبقة رقيقة من البوليمر ، وهى تتم قرائتها وكتابتها من قبل مجس مبنى على تقنية MEMS . و هى تعد بكتابة بيانات بكثافة أكثر من 1 تيرابت لكل بوصة مربعة أو(1 غيغابت في كل مليمتر مربع) ، حوالي 4 مرات كثافة التخزين المغناطيسية المتوفرة اليوم.
إن تقنية تكنولوجيا التخزين للميليپيد يجري السعي لجعلها بديلا محتملا للتسجيل المغناطيسي في محركات الأقراص الصلبة ، وفي الوقت نفسه التقليل من الحجم حتى تكاد تقارب حجم ذاكرات الفلاش آي بي إم قامت بعرض النموذج الأولى من جهاز التخزين في معرض CeBIT 2005 ، وكانت محاولة لجعل هذه التكنولوجيا متوفرة تجاريا بحلول نهاية عام 2007. و عندما يحين وقت إطلاقها ، فمن المحتمل أن تكون أكثر تكلفة لكل ميغابايت من التقنيات السائدة ، ولكن هذا العيب سوف يتوارى أملا أن تقابله قدرة التخزين الضخمة التي سوف تقدمها تقنية الميليپيد .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
التقنية
الأسس الأولية
إن الذاكرة الرئيسية لأجهزة الكمبيوتر الحديثة قد شيدت من واحدة من عدد من ذاكرات الوصول العشوائى الديناميكية و يطلق عليها DRAM تتكون أساسا من سلسلة من مكثف ات ، التي تخزن البيانات على فرضية وجود أو عدم وجود الشحنات الكهربائية. كل مكثف وما يرتبط بها من دوائر الرقابة ، ويشار إلىه كخلية ويحمل بتا واحدا ، والبتات يمكن قرائتها أو كتابتها في كتل كبيرة في نفس الوقت.
في المقابل ، فإن الأقراص الصلبة تخزن البيانات على قرص معدني مغطى بالمواد المغناطيسية ؛ والبيانات تتمثل بمغنطة أجزاء من هذه المواد. والقراءة والكتابة ينجزها واحدا من "الرؤس" والذي ينتظر لطلب موقع الذاكرة لتمريره تحت الرأس بينما يدور القرص. ونتيجة لذلك فإن الأداء يعد محددا بسرعة أداء محرك الأقراص ،وهو بشكل عام أبطأ مئات الآلاف من المرات من ذاكرات DRAM. ومع ذلك ، وكنتيجة لصغر حجم "الخلايا" في القرص الصلب , فإن الكثافة التخزينية أعلى بكثير من DRAM.
تخزين ذاكرات الميليپيد تحاول الجمع بين ميزات كلا من النظامين . مثل القرص الصلب ، فذاكرات الميليپيد تخزن البيانات في وسط "dumb" الذى يعد هي أبسط وأصغر من أية خلية تستخدم في الوسائط الإلكترونية. فإنه يصل إلى البيانات من خلال نقل الوسط تحت "الرأس" ووفقا لذلك . فإن ذاكرات الميليپيد ، تستخدم العديد من الرؤس النانوية nanoscopic اللاتى يستطعن القراءة والكتابة بشكل متواز ، وبالتالي تحقيق زيادة كبيرة في الإنتاجية إلى النقطة التي يمكن أن تتنافس مع بعض أشكال الذاكرة الإلكترونية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن وسائط تخزين ذاكرات الميليپيد تخزن البت الواحد في منطقة صغيرة جدا جدا. مما يؤدى إلى كثافة أعلى حتى من الأقراص الصلبة الحالية.
ومن الناحية الميكانيكية فإن ذاكرات الميليپيد، تستخدم العديد من مسبار قوة ذرية، كل واحدة منها مسئولة عن القراءة والكتابة لعدد كبير من البتات المرتبطة بها. والبت يتم تخزينها في حفرة ، أو العكس لايتم التخزين ويعبر عنه بعدم وجود حفرة ، على سطح مادة حرارية تترسب على البوليمر النشط و هى تودع في طبقة رقيقة من ناقل يعرف باسم تزلج.
أي مسبار واحد يمكنه فقط القراءة أو الكتابة على منطقة صغيرة نسبيا للتزلج في المنطقة المتاحة له ، وهو الحقل التخزينى .وعادة ما يتم نقل مزلقة لمكان البتات المختارة بفعل المسبارباستخدام محركات كهربائية معززة مشابهة لتلك التي هى رؤس قراءة وكتابة في القرص الصلب النموذجي ، على الرغم من المسافة الفعلية هي مسافات صغيرة. ويتم نقل التزلج في نمط المسح الضوئي لتحقيق البتات المطلوبة تحت المسبار ، وهي عملية تعرف باسم س / ص مسح.
مقدار الذاكرة التي يخدمها في أي موضع/ مسبار هي صغيرة نسبيا ، ولكن ذلك هو حجمها المادي. مثل العديد من موضع / مسبار تستخدم للتعبير عن ذاكرة الجهاز. بيانات القراءة والكتابة يمكن أن تمتد إلى العديد من المجالات بشكل متواز ، وزيادة الإنتاجية وتحسين الوصول مرات. على سبيل المثال ، قيمة واحدة من بيانات 32 بت عادة ما تكون مكتوبة على أنها مجموعة من بت واحد ترسل إلى إلى 32 موضع مختلف. في الأجهزة التجريبية الأولية ، كانت المسبارات تتحرك على شبكة أبعادها 32x32 لما مجموعه 1،024 مسبارا. ويشبه التصميم تماما سيقان ذلك الحيوان المدعو ذا الألف قدم ، فالتصق به الإسم.
تصميم مجموعة الكوابيل هو الجزء الأصعب ، لأنها تنطوي على صنع العديد من الكابولي الميكانيكي ، الذي عليه يجب أن تتحرك المسبارات و تكون محمولة. جميع الكابولي مصنوعة بالكامل من السيليكون وذلك باستخدام surface micromachining على سطح الرقاقة
قراءة وكتابة البيانات
المسبار في كل مجموعة كوابيل يخزن ويقرأ البيانات بالطريقة الميكانيكية الحرارية، ويتم تناول بت واحد في وقت واحد.
لإنجاز قراءة ما، فإن رأس المسبار يسخن لنحو 300 درجة مئوية ، وينتقل بالقرب من البيانات المزلقة. إذا كان المسباريقع فوق حفرة الكابولى سوف يدفع به في حفرة ، و يزيد مساحة السطح المتصل بالمتزلج ، وهذا بدوره يزيد من التبريد كما تسرب الحرارة إلى مزلقة من المسبار. في حالة عدم وجود حفرة في هذا المكان ، سوى غيض جدا من المسبار لا يزال على اتصال مع تزلج ، وتسرب الحرارة بعيدا أكثر بطئا. المقاومة الكهربائية لجنة التحقيق هي وظيفة من درجة الحرارة ، مع الارتفاع المتزايد في درجات الحرارة. وبالتالي عندما التحقيق يسقط في حفرة ويبرد ، وهذا يسجل انخفاضا في المقاومة. سيكون هناك انخفاض المقاومة تترجم إلى "1" بت ، أو "0" بت على خلاف ذلك. أثناء قراءة حقل التخزين بأكملها ، غيض يتم سحب فوق سطح الأرض كله والتغيرات المقاومة هي تراقب باستمرار.
To write a bit, the tip of the probe is heated to a temperature above the glass transition temperature of the polymer used to manufacture the data sled, which is generally acrylic glass. In this case the transition temperature is around 400 °C. To write a "1", the polymer in proximity to the tip is softened, and then the tip is gently touched to it, causing a dent. To erase the bit and return it to the zero state, the tip is instead pulled up from the surface, allowing surface tension to pull the surface flat again. Older experimental systems used a variety of erasure techniques that were generally more time consuming and less successful. These older systems offered around 100,000 erases, but the available references do not contain enough information to say if this has been improved with the newer techniques.
As one might expect, the need to heat the probes requires a fairly large amount of power for general operation. However, the exact amount is dependent on the speed that data is being accessed; at slower rates the cooling during read is smaller, as is the number of times the probe has to be heated to a higher temperature to write. When operated at data rates of a few megabits per second, Millipede is expected to consume about 100 milliwatts, which is in the range of flash memory technology and considerably below hard drives. However, one of the main advantages of the Millipede design is that it is highly parallel, allowing it to run at much higher speeds into the GB/s. At these sorts of speeds one might expect power requirements more closely matching current hard drives.
Data transfer speed is limited to the kilobits-per-second range for an individual probe, which amounts to a few megabits for an entire array. Experiments done at IBM's Almaden Research Center showed that individual tips could support data rates as high as 1 - 2 megabits per second, potentially offering aggregate speeds in the GB/s range.
الحالة الراهنة للتقنية
التقدم في تقنيات محركات الميليپيد لتخزين البيانات إلى منتج تجاري مفيد كان أبطأ مما كان متوقعا. نظرا للتقدم الهائل في نظم التخزين الأخرى المتنافسة ، ولا سيما ذاكرات الفلاش والأقراص الصلبة ، قد جعلت من التقنية الحالية المعروضة غير جذابة للانتاج التجاري. إن عصر تقنية الميليپيد على ما يبدو في سباق ، في محاولة لأن تنضج بسرعة كافية على مستوى معين من التكنولوجيا التي لم يكن تجاوز من قبل الأجيال الجديدة من التكنولوجيات القائمة في الوقت الذي يكون جاهزا للإنتاج.
فى أقدم جيل من تقنية محركات الميليپيد قد أستخدمت أدوات للسبر (مسبار) بقطر 10 نانومترات و 70نانومترا في الطول , و أنتجت حفرا بقطر تقريبا 40 نانومترات في حقول 92 ميكرومترا x 92&;nbsp ميكرومترا. مرتبة في 32 x 32 شبكة, و الناتج 3 مم في 3 مم على رقاقة تقوم بتخزين 500 ميجابايت من البيانات أو 62.5 ميجابايت, و الناتج بكثافة مساحة ما يعبر عنه بعدد البتات لكل بوصة مربعة , و هذا يعادل تقريبا 200 جيجابايت/بوصة². آي بي إم في البداية طورت هذا الجهاز في عام 2003 ، وخططت ليعرض تجاريا في عام 2005. حتى الوقت الذى توشك فيه محركات الأقراص الصلبة , أن تصل إلى 150 جبجابايت/البوصة², وقد تجاوزته منذ ذلك الحين .
المزيد من الأجهزة الحديثة قد عرضت في سيبت في عام 2005 قد تحسنت على التصميم الأساسي, بإستخدام رقاقاقات 64 x 64 كابولى تتميز 7 مم x 7 مم تزلج للبيانات, معززة لقدرة تخزينية البيانات تصل إلى قدرة 800 جيجابايت/البوصة² بإستخدام حفرا أدق. وتبدو أن حجم البتات يمكن أن ينكمش إلى حوالى 10 نانومترا, مما يؤدى إلى الكثافة النظرية المساحية ما يزيد قليلا عن 1 تيرابايت/البوصة². آي بي إم تخطط الآن لإدخال أجهزة تستند إلى هذا النوع من الكثافة في عام 2007. للمقارنة, إن أحدث محركات أقراص صلبة بخاصية التسجيل العمودى أو التسجيل القائم الرأسى محركات الأقراص الصلبة التى تتميز بكثافة مساحية بناء على مواصفات 329 جيجابايت/بوصة²[1], و يبدو أنه ستتجاوز حدود 1 تيرابايت/بوصة². حيث أن الذاكرات المبنية على نوعية أشباه الموصلات تعطى قدرات أدنى بكثير مثلا, 10 جيجابايت/بوصة² للذاكرات الوصول العشوائى الديناميكية و تقريبا 250 ميجابايت/بوصة² لذاكرات الفلاش للوصول العشوائى.
تتابعات الإستخدام
المحركات الميكروية
نظم محركات الميليپيد يمكن أن تستخدم لمحركات الأقراص الصغيرة ، والذي سيضم شكل عاملا صغيرا جدا، مما يتيح استخدامها في الأجهزة الصغيرة مثل الساعات والهواتف المحمولة وأنظمة الوسائط الشخصية ، و في نفس الوقت توفر سعة عالية. وكثافة عالية جدا بيانات نظم الميليپيد يجعلها جيدة جداو مرشحة أن تكون وضعت لهذا الاستخدام.
محركات الأقراص الصلبة ذات القدرات العالية
نظم محركات الميليپيد توفر بيانات عالية الكثافة وسرعة وصول متدنية للغاية ، وانخفاض استهلاك الطاقة ، وربما موثوقية عالية جدا. هذه الميزات تجعلهم مرشحين لبناء محركات صلبة ذات سعة عالية ، مع القدرة على التخزين في حدود التيرابايت. على الرغم من أن كثافة البيانات لدى نظم محركات الميليپيد عالية ،فإن قدرة الأجهزة الفردية من المتوقع أن تكون منخفضة نسبيا في الحدود واحد غيغا بايت. وبالتالي فإنه لإستبدال الأقراص الصلبة بمحركات الميليپيد ربما اقتصاديا فإن هذا يتطلب جمع نحو 100 من الأجهزة الميليپيد في عبوة واحدة . [7]
انظر أيضاً
References
 | هذه المقالة تتضمن قائمة مصادر أو وصلات خارجية، ولكن تبقى مصادرها غير واضحة لأنها تفتقد إلى استشهادات داخلية. فضلاً حسـِّن هذه المقالة بجلب المزيد من الهوامش الدقيقة حيثما أمكن. (April 2009) |
- IBM Zurich Research
- Millipede project
- T-bit demonstration
- Millipede animation
- IBM Journal Res. Dev. paper
- AzoNano
- MEMS-based Storage Reliability
- MEMS-based Storage Architectures
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
