#10(21), октябрь 2007 года

Новое открытие в области компьютерной памяти

Способность хранить больший объем данных в меньшем физическом объеме на чипе памяти или жестком диске была и остается центральной задачей, стимулирующей ученых от потребительской электроники изобретать устройства все меньшего размера

Джон МАРКОФФ, New York Times

Сначала компьютер был размером с настольное устройство, затем стал помещаться на коленях, а теперь может находиться в кармане.
Если идея, над которой сегодня экспериментирует в лаборатории IBM профессор Стюарт Паркин, будет реализована, электронные устройства смогут вмещать в 10—100 раз больше данных при том же объеме. Это означает, что iPod, который сегодня вмещает 200 часов видео, сможет вместить все телепрограммы 120 каналов, показанные на протяжении недели.
Мир техники, помешанный на плотности данных, с интересом наблюдает за работой Паркина, из лаборатории которого уже неоднократно выходили важные изобретения. Представитель исследовательской группы IBM, которого мало кто знает за пределами небольшого братства физиков, в начале 1990-х годов провел два года в лаборатории, пытаясь применить в коммерческих целях странный эффект магнетизма, с которым он столкнулся в своих экспериментах со сверхнизкими температурами. Тогда ему удалось научиться манипулировать изменением магнитного поля мельчайших областей на магнитном диске, что дало возможность хранить и получать информацию в совсем небольших устройствах. Колоссальное увеличение объемов цифрового хранения данных путем наращивания магнитного сопротивления, сделало реальностью потребительские аудио и видео iPods, а также центры хранения данных в стиле Google.
Сегодня Паркин полагает, что вскоре ему удастся представить на суд публики новое изобретение, которое позволит увеличить количество данных, хранящихся на чипе памяти или жестком диске, в сто раз. Если его поиски увенчаются успехом, он создаст «универсальную» компьютерную память, которая сможет заменить динамическую память случайного доступа, или DRAM, и чипы флэш-памяти, и даже даст возможность использовать чип вместо жесткого диска компьютера.
Ученые говорят, что новые устройства смогут заменить флэш-память уже через пять лет. Это не только позволит каждому потребителю носить на небольших переносных устройствах объем данных, равный библиотеке среднего по величине колледжа, но и в десятки и сотни раз увеличит объем памяти компьютерных устройств, разрушительно отразится на существующих технологиях хранения данных и наверняка подстегнет творчество инженеров, которые придумают совершенно новые продукты для развлечения, связи и информации.

Сегодня производство чипов флэш-памяти взлетело до небес. Используемая для хранения информации в цифровых камерах, мобильных телефонах и ПК коммерчески доступная флэш-память, состоящая из нескольких чипов, может хранить до 64 гигабайт данных. Ожидается, что в ближайшие пять лет объем памяти вырастет до 50 гигабайт на одном чипе.
Однако флэш-память имеет свою ахиллесову пяту. Хотя прочитать данные с нее можно довольно быстро, сам процесс записи происходит очень медленно. Это побудило исследователей отправиться на поиски альтернативных технологий хранения данных, которые могли бы заменить флэш.
Новый подход Паркина, который называется «трек-память», сможет вытеснить как транзисторные флэш-чипы, так и стандартные жесткие диски. Это потенциально превращает его в технологию, которая сможет изменить не только хранение данных, но и всю компьютерную индустрию. «Мы подходим к фундаментальным границам физики. Трек-память позволит нарушить все существующие правила масштабирования и вырваться в третье измерение», — говорит он.
Его идея состоит в том, чтобы установить миллиарды мельчайших проволочных петелек по краю силиконового чипа (кстати, отсюда и название «трек»), и, пропуская по ним ток, передвигать вдоль каждой из них бесконечно малые магнитики, положение которых можно будет считывать, как единицы и нули.
Исследовательская группа уже в состоянии передвигать мельчайшие магнитики вдоль нано-проводов со скоростью, превышающей 100 метров в секунду. Так как мельчайшие магнитные домены сдвигаются только на субмолекулярные дистанции, появляется возможность читать и записывать магнитные области с различной поляризацией за одну наносекунду, что намного быстрее, чем обеспечивают существующие технологии хранения данных.
Если трек-память удастся поставить на коммерческие рельсы, профессор первым сделает то, что до сих пор считалось невозможным — выведет микроэлектронику в третье измерение и, таким образом, выйдет за пределы двух измерений Закона Мура. В 1965 году Гордон Мур, соучредитель Intel, утверждал, что количество транзисторов на кремниевом чипе удваивается приблизительно каждые 18 месяцев. Многие скептически оценивают усилия Паркина. Сегодня компании, выпускающие системы хранения данных, например, Seagate Technology, уже начинают переходить к флэш-памяти и создавать поколение гибридных систем хранения, где сочетается кремний и технологии вращающихся дисков, увеличивая скорость и объем. Однако Seagate все еще ищет будущее в двух измерениях. «Есть много хитрых технологий, однако их нужно сделать экономически эффективными», — сказал директор компании Билл Уоткинс.
Сейчас идея трек-памяти еще далека от полок Best Buy и встречается лишь в лаборатории Паркина. Однако его прошлые достижения позволяют предположить, что отрасли хранения данных стоит обратить внимание на возможные последствия внедрения новой системы в вполне обозримом будущем.
«Стюарт марширует под бой других барабанов, но именно это необходимо, чтобы набраться смелости и сойти с проторенной дорожки», — говорит Джеймс Харрис, профессор электроники в Stanford University и содиректор центра научных исследований IBM — Stanford Spintronic Science and Applications Center.
Мы входим в офис Паркина и видим 51-летнего американского ученого британского происхождения, для которого термин «гиперактивный» — чересчур скромное прилагательное для описания его поведения. Во время интервью он постоянно в движении. Перед выступлениями на научных собраниях его неизменный помощник Кевин Рош строго следит, чтобы Паркин выкладывал все из карманов и не отвлекал присутствующих постоянным бренчанием мелочи и ключей.
Сегодня многие научные аналитики полагают, что между предыдущими исследованиями Паркина и поиском новой трек-памяти существуют важные параллели.
«Мы на пороге восхитительного открытия совершенно новой архитектуры памяти, а он — один из ведущих специалистов», — говорит Ричард Доэрти, директор Envisioneering Group, консалтинговой группы компьютерной и потребительской электроники из Сифорда, Нью-Йорк.  Паркин сообщил, что недавно сместил фокус исследований и сейчас считает, что трек-память может конкурировать с другими технологиями хранения данных, даже при горизонтальном расположении на кремниевом чипе. Руководители IBM осторожны в отношении сроков коммерческого введения технологии. «В конце концов, технология может иметь даже более драматичные последствия, чем просто музыкальные плееры еще меньшего размера или телевизоры, встроенные в наручные часы. Кое-что в этом открытии будет очень разрушительным. Оно изменит наш взгляд не только на хранение информации, но и на ее обработку. Мы переходим в мир, который  ориентирован скорее на данные, чем на компьютеры», — сказал Марк Дин, вице-президент по системам в IBM Research.
Это просто намек, но он показывает: IBM считает, что трек-память может размыть границы между хранением и расчетами, давая ключ к новому пути поиска данных, их хранения и извлечения. Если так, то вскоре лаборатория экспериментальной физики Паркина уже в который раз преобразит мир компьютеров. 

К содержанию