Возникновение в скором будущем задач, требующих чрезвычайно большой вычислительной мощности, принуждает уже на данный момент устремиться к поиску новейших технических решений не только лишь в плане совершенствования самих процессоров, да и остальных компонентов ПК. Независимо от того, какая для производства процессора употребляется разработка, количество данных, поставляемых им на обработку, определяется способностями и остальных подсистем компа.
Емкости современных устройств массовой памяти отражают эту тенденцию. Диски СD-ROM разрешают хранить до 700МВ инфы, развивающаяся разработка DVD-ROM - до 17GB. Разработка магнитной записи также развивается чрезвычайно быстро - за крайний год обычная емкость твердого диска в настольных компах возросла до 15-20 GB и поболее. Но в дальнейшем компам придется обрабатывать сотки гб и даже терабайты инфы - еще больше, чем может вместить хоть какой из имеющихся сейчас CD-ROM-ов либо твердых дисков. Сервис таковых размеров данных и перемещение их для обработки сверхбыстрыми процессорами требуют конструктивно новейших подходов при разработке устройств хранения инфы. Широкие перспективы в этом плане открывает разработка оптической записи, популярная как голография: она дозволяет обеспечить чрезвычайно высшую плотность записи при сохранении наибольшей скорости доступа к данным. Это достигается за счет того, что голографический образ (голограмма) кодируется в один большой блок данных, который записывается всего за одно обращение. А когда происходит чтение, этот блок полностью извлекается из памяти. Необычайные способности топографической памяти заинтриговали ученых почти всех институтов и промышленных исследовательских лабораторий. Этот энтузиазм уже достаточно издавна вылился в две научно-исследовательские программы. Одна из их - программа PRISM (Photorefractive Information Storage Material), целью которой является поиск пригодных светочувствительных материалов для хранения голограмм и исследование их запоминающих параметров. 2-ая научно-исследовательская программа - HDSS (Holographic Data Storage System). Так же, как и PRISM, она предугадывает ряд базовых исследований, и ее участниками являются те же компании. В то время как целью PRISM является поиск пригодных сред для хранения голограмм, HDSS нацелена на разработку аппаратных средств, нужных для практической реализации голографических запоминающих систем. Для чтения либо записи блоков голографически хранимых на светочувствительном материале (за основной материал принят ниобат лития, LiNbO3) данных ("страничек") употребляются лазеры. На теоретическом уровне, тыщи таковых цифровых страничек, любая из которых содержит до миллиона бит, можно поместить в устройство размером с кусок сахара. При этом на теоретическом уровне ожидается плотность данных в 1TБ на кубический сантиметр (TB/sm3). Фактически же исследователи ждут заслуги плотности порядка 10GB/sm3, что тоже очень впечатляет, ежели ассоциировать с используемым сейчас магнитным методом - порядка пары MB/sm2 - это без учета самого механизма устройства. При таковой плотности записи оптический слой, имеющий толщину около 1cm, дозволит хранить около 1ТВ данных. А ежели учитывать, что таковая запоминающая система не имеет передвигающихся частей, и доступ к страничкам данных осуществляется параллельно, можно ждать, что устройство будет характеризоваться плотностью в 1GB/sm3 и даже выше. Как работает система голографической памяти? Разглядим для этого установку, собранную исследовательской группой из Almaden Research Center. На исходном шаге в этом устройстве происходит разделение луча сине-зеленого аргонового лазера на две составляющие - опорный и предметный лучи (крайний является носителем самих данных). Предметный луч подвергается расфокусировке, чтоб он мог вполне освещать пространственный световой модулятор (SLM - Spatial Light Modulator), который представляет собой просто жидкокристаллическую (LCD) панель, на которой страничка данных отображается в виде матрицы, состоящей из светлых и черных пикселей (двоичные данные). Потом этот образ направляется в матричный сенсор, основой для которого служит устройство с зарядовой связью (CCD - Charge-Coupled Device либо ПЗС), захватывающее всю страничку данных. При чтении данных опорный луч должен падать на кристалл под этим же самым углом, при котором производилась запись этих данных, и допускается изменение этого угла менее чем на градус. Это дозволяет получить высшую плотность данных: изменяя угол опорного луча либо его частоту, можно записать доп странички данных в том же самом кристалле. Оба луча направляются вовнутрь светочувствительного кристалла, где и происходит их взаимодействие. В итоге этого взаимодействия появляется интерференционная картина, которая и является основой голограммы и запоминается в виде набора вариантов показателя преломления либо коэффициента отражения снутри этого кристалла. При чтении данных кристалл освещается опорным лучом, который, взаимодействуя с хранимой в кристалле интерференционной картиной, воспроизводит записанную страничку в виде вида "шахматной доски" из светлых и черных пикселей (голограмма преобразует опорную волну в копию предметной). Но доп голограммы изменяют характеристики материала (а таковых конфигураций быть может лишь фиксированное количество), в итоге образы голограмм стают тусклыми, что может привести к искажению данных при чтении. Сиим и разъясняется ограничение размера настоящей памяти, которой владеет материал. Динамическая область среды определяется количеством страничек, которые она может реально вмещать, потому участники PRISM и занимаются исследованием ограничений на светочувствительность материалов. Используемая в трехмерной голографии процедура заключения пары страничек с данными в один и этот же размер именуется мультиплексированием. Обычно употребляются последующие способы мультиплексирования: по углу падения опорного пучка, по длине волны и по фазе, но, к огорчению, они требуют сложных оптических систем и толстых (шириной в несколько мм) носителей, что делает их непригодными для коммерческого внедрения, по последней мере, в сфере обработки инфы. Но совершенно не так давно Bell Labs были изобретены три новейших способа мультиплексирования: сдвиговое, апертурное и корреляционное, основанные на использовании конфигурации положения носителя относительно световых пучков. При всем этом сдвиговое и апертурное мультиплексирование употребляют сферический опорный пучок, а корреляционное - пучок еще больше сложной формы. Не считая того, так как при корреляционном и сдвиговом мультиплексировании задействованы механические передвигающиеся элементы, время доступа при их применении будет приблизительно таковым же, как и у обыденных оптических дисков. Bell Labs удалось выстроить экспериментальный носитель на базе все такого же ниобата лития, использующий технику корреляционного мультиплексирования, но уже с плотностью записи около 226GB на квадратный дюйм. Ну и, в конце концов, еще одна неувязка - сложность используемой оптической системы. Так, для голографической памяти не годятся светодиоды на базе полупроводниковых лазеров, применяемые в обычных оптических устройствах, так как они владеют недостаточной мощностью, дают пучок с высочайшей расходимостью и, в конце концов, полупроводниковый лазер, генерируемый излучение в среднем спектре видимой области диапазона, получить чрезвычайно трудно. Тут же нужен мощнейший лазер, дающий как можно наиболее параллельный пучок. То же самое можно огласить и о пространственных световых модуляторах: до недавнего времени не было ни 1-го подобного устройства, которое можно было бы использовать в системах голографической памяти. Но времена изменяются, и сейчас уже стали доступными дешевые твердотельные лазеры, возникла микроэлектромеханическая разработка (MEM - Micro-Electrical Mechanical, устройства на ее базе представляют собой массивы микрозеркал размером порядка 17 микрон), как нельзя лучше пригодная на роль SLM. Иной сложностью, появившейся на пути сотворения устройств голографической памяти, стал поиск пригодного материала для носителя. Большая часть исследований в области голографии проводились с внедрением фотореактивных материалов (основным образом, упоминавшегося выше ниобата лития), но ежели они годятся для записи голографических изображений ювелирных украшений, то этого никак нельзя огласить в отношении записи инфы, да еще в коммерческих устройствах: они дороги, имеют слабенькую чувствительность и ограниченный динамический спектр (частотная полоса пропускания). Потому был разработан новейший класс фотополимерных материалов, владеющих хорошими перспективами исходя из убеждений коммерческого внедрения. Фотополимеры представляют собой вещества, в каких под действием света происходят необратимые конфигурации, выражающиеся во флуктуациях состава и плотности. Сделанные материалы имеют наиболее длительный жизненный цикл (в плане хранения записанной на их инфы) и устойчивы к действию температур, также различаются усовершенствованными оптическими чертами, в общем, подступают для однократной записи данных (WORM). Потому что интерференционные шаблоны однородно заполняют весь материал, это наделяет голографическую память иным полезным свойством - высочайшей достоверностью записанной инфы. В то время как недостаток на поверхности магнитного диска либо магнитной ленты разрушает принципиальные данные, недостаток в голографической среде не приводит к потере инфы, а вызывает всего только "потускнение" голограммы. Маленькие настольные HDSS-устройства должны показаться к 2003 году. Так как аппаратура HDSS для конфигурации угла наклона луча употребляет акусто-оптический дефлектор (кристалл, характеристики которого меняются при прохождении через него звуковой волны), то по общим оценкам, время извлечения смежных страничек данных составит наименее 10ms. Хоть какое обычное оптическое либо магнитное устройство памяти нуждается в особых механических средствах для доступа к данным на разных дорожках, и время этого доступа составляет несколько миллисекунд. Пожалуй, неверно разглядывать устройства голографической памяти как конструктивно новейшую технологию, ибо ее главные концепции разработаны около 30 годов назад. Ежели что и поменялось, так это доступность главных компонентов для данной для нас технологии - цены на их стали существенно ниже. Так, полупроводниковый лазер уже не является кое-чем диковинным, а давным-давно уже стал эталоном. С иной стороны, SLM - это итог той же технологии, которая применяется при изготовлении LCD-экранов для ПК-блокнотов и калькуляторов, а детекторная матрица CCD позаимствована прямо из цифровой камеры. Иной конструктивно другой подход в разработке устройств хранения данных - молекулярный. Группа исследователей центра "W.M. Keck Center for Molecular Electronic" под управлением доктора Роберта Р. Бирга (Robert R. Birge) уже относительно издавна получила макет подсистемы памяти, использующей для запоминания цифровые биты молекулы. Это - молекулы протеина, который именуется бактериородопсин (bacteriorhodopsin). Он имеет пурпурный цвет, поглощает свет и находится в мембране мельчайшего организма, именуемого halobacterium halobium. Этот мельчайший организм "проживает" в соляных болотах, где температура может достигать +150 °С. Когда уровень содержания кислорода в окружающей среде так низок, что для получения энергии нереально применять дыхание (окисление), он для фотосинтеза употребляет протеин. Итак, преимуществ у новейшей технологии наиболее чем довольно: не считая того, что информация сохраняется и считывается параллельно, можно достичь чрезвычайно высочайшей скорости передачи данных и, в отдельных вариантах, высочайшей скорости случайного доступа. А самое основное - фактически отсутствуют механические составляющие, свойственные сегодняшним хранителям инфы (к примеру, шпиндели с огромным числом оборотов). Это гарантирует не только лишь стремительный доступ (для данной технологии правильней огласить моментальный) к данным, наименьшую возможность сбоев, да и наиболее низкое потребление электроэнергии, так как сейчас твердый диск - один из более энергоемких компонентов компа. Правда, есть трудности с юстировкой оптики, потому на первых порах данные устройства, возможно, будут все еще "бояться" посторониих "механических действий". Бактериородопсин был избрал поэтому, что фотоцикл (последовательность структурных конфигураций, которые молекула претерпевает при реакции со светом) делает эту молекулу безупречным логическим запоминающим элементом типа "&" либо типа переключателя из 1-го состояния в другое (триггер). Как проявили исследования Бирга, bR-состояние (логическое значение бита "0") и Q-состояние (логическое значение бита "1") являются промежными состояниями молекулы и могут оставаться стабильными в течение почти всех лет. Это свойство, а именно, обеспечивающее удивительную стабильность протеина, и было приобретено эволюционным методом в борьбе за выживание в грозных критериях соляных болот. По оценкам Бирга, данные, записанные на бактериородопсинном запоминающем устройстве, должны сохраняться приблизительно 5 лет. Иной принципиальной индивидуальностью бактериородопсина будет то, что эти два состояния имеют приметно отличающиеся диапазоны поглощения. Это дозволяет просто найти текущее состояние молекулы при помощи лазера, настроенного на подобающую частоту. При записи данных поначалу нужно зажечь желтоватый "страничный" лазер - для перевода молекул в Q-состояние. Пространственный световой модулятор (SLM), который, как говорилось ранее, представляет собой LCD-матрицу, создающую маску на пути луча, вызывает появление активной (возбужденной) плоскости в материале снутри кюветы. Эта энергоактивная плоскость представляет собой страничку данных, которая может вмешать массив 4096x4096 bit. Перед возвратом протеина в состояние покоя (в нем он может находиться достаточно долгое время, сохраняя информацию) загорается красноватый, записывающий лазер, располагаемый под прямым углом по отношению к желтоватому. Иной SLM показывает двоичные данные и, таковым образом, делает на пути луча подобающую маску, потому облучению подвергнутся лишь определенные пятна (точки) странички. Молекулы в этих местах перейдут в Q-состояние и будут представлять двоичную единицу. Оставшаяся часть странички вернется в первоначальное bR-состояние и будет представлять двоичные нули. Для того, чтоб прочесть данные, нужно снова зажечь страничный лазер, который переводит читаемую страничку в Q-состояние. Это делается для того, чтоб в предстоящем, при помощи различия в диапазонах поглощения, идентифицировать двоичные нули и единицы. Через 2ms после чего страничка "окунается" в низкоинтенсивный световой поток красноватого лазера. Низкая интенсивность нужна для того, чтоб предупредить "перепрыгивание" молекул в Q-состояние. Молекулы, представляющие двоичный нуль, поглощают красноватый свет, а представляющие двоичную единицу пропускают луч мимо себя. Это делает "шахматный" набросок из светлых и черных пятен на LCD-матрице, которая захватывает страничку цифровой инфы. Был построен макет системы памяти, в каком бактсриородопсин запоминает данные в трехмерной матрице. Таковая матрица представляет собой кювету (прозрачный сосуд), заполненную полиакридным гелем, в который помещен протеин. Кювета имеет продолговатую форму размером 1x1x2 д. Протеин, который находится в bR-состоянии, фиксируется в пространстве при полимеризации геля. Кювету окружают батарея лазеров и детекторная матрица, построенная на базе устройства, использующего принцип зарядовой инжекции (CID - Charge Injection Device), которые служат для записи и чтения данных. Для стирания данных довольно недлинного импульса голубого лазера, чтоб вернуть молекулы из Q-состояния в начальное bR-состояние. Голубий свет не непременно должен идти от лазера: так можно стереть всю кювету при помощи обычной ультрафиолетовой лампы. Для обеспечения целостности данных при выборочном стирании страничек применяется кэширование пары смежных страничек. При операциях чтения-записи также употребляются два доп бита четности, чтоб защититься от ошибок. Страничка данных быть может прочитана без разрушения до 5000 раз. Любая страничка отслеживается счетчиком, и ежели происходит 1024 чтения, то страничка "освежается" (регенерируется) при помощи новейшей операции записи. Беря во внимание, что молекула меняет свои состояния в пределах 1ms, суммарное время для выполнения операции чтения либо записи составляет около 10ms. Но, по аналогии с системой голографической памяти, это устройство осуществляет параллельный доступ в цикле чтения-записи, что дозволяет рассчитывать на скорость до 10MBps. Предполагается, что ежели объединить по восемь запоминающих битовых ячеек в б с параллельным доступом, то можно добиться скорости 80MBps, но для такового метода нужна соответственная схемотехническая реализация подсистемы памяти. Некие версии устройств SLM выполняют страничную адресацию, которая в дешевых конструкциях употребляется при направлении луча на подходящую страничку при помощи поворотной системы гальванических зеркал. Таковой SLM обеспечивает доступ за 1ms, да и стоит соответственно вчетверо дороже. Сумеет ли молекулярная память конкурировать с традиционной полупроводниковой памятью? Ее конструкция, непременно, имеет определенные достоинства. Во-1-х, она базирована на протеине, который делается в большом количестве и по дешевый стоимости, чему содействуют заслуги генной инженерии. Во-2-х, система может работать в наиболее широком спектре температур, чем полупроводниковая память. В-3-х, данные сохраняются повсевременно - даже ежели выключить питание системы памяти, это не приведет к потере инфы. И, в конце концов, кубики с данными, имеющие мелкие размеры, но содержащие гб инфы, можно помещать в архив для хранения копий (как магнитные ленты). Потому что кубики не содержат передвигающихся частей, это удобнее, чем внедрение портативных твердых дисков либо картриджей с магнитной лентой. Сам Бирг утверждает, что предложенная им система по быстродействию близка к полупроводниковой памяти, пока не встретится страничный недостаток. При обнаружении такового недостатка нужно перенаправить луч для доступа к таковым страничкам с иной стороны. На теоретическом уровне, кювета, о которой уже шла речь, может вместить 1ТВ данных. Ограничения на емкость соединены, в основном, с неуввязками линзовой системы и качеством протеина. Комменты? Поправки? Дополнения? Заслуги от редакции веб-сайта iXBT.com
Емкости современных устройств массовой памяти отражают эту тенденцию. Диски СD-ROM разрешают хранить до 700МВ инфы, развивающаяся разработка DVD-ROM - до 17GB. Разработка магнитной записи также развивается чрезвычайно быстро - за крайний год обычная емкость твердого диска в настольных компах возросла до 15-20 GB и поболее. Но в дальнейшем компам придется обрабатывать сотки гб и даже терабайты инфы - еще больше, чем может вместить хоть какой из имеющихся сейчас CD-ROM-ов либо твердых дисков. Сервис таковых размеров данных и перемещение их для обработки сверхбыстрыми процессорами требуют конструктивно новейших подходов при разработке устройств хранения инфы. Широкие перспективы в этом плане открывает разработка оптической записи, популярная как голография: она дозволяет обеспечить чрезвычайно высшую плотность записи при сохранении наибольшей скорости доступа к данным. Это достигается за счет того, что голографический образ (голограмма) кодируется в один большой блок данных, который записывается всего за одно обращение. А когда происходит чтение, этот блок полностью извлекается из памяти. Необычайные способности топографической памяти заинтриговали ученых почти всех институтов и промышленных исследовательских лабораторий. Этот энтузиазм уже достаточно издавна вылился в две научно-исследовательские программы. Одна из их - программа PRISM (Photorefractive Information Storage Material), целью которой является поиск пригодных светочувствительных материалов для хранения голограмм и исследование их запоминающих параметров. 2-ая научно-исследовательская программа - HDSS (Holographic Data Storage System). Так же, как и PRISM, она предугадывает ряд базовых исследований, и ее участниками являются те же компании. В то время как целью PRISM является поиск пригодных сред для хранения голограмм, HDSS нацелена на разработку аппаратных средств, нужных для практической реализации голографических запоминающих систем. Для чтения либо записи блоков голографически хранимых на светочувствительном материале (за основной материал принят ниобат лития, LiNbO3) данных ("страничек") употребляются лазеры. На теоретическом уровне, тыщи таковых цифровых страничек, любая из которых содержит до миллиона бит, можно поместить в устройство размером с кусок сахара. При этом на теоретическом уровне ожидается плотность данных в 1TБ на кубический сантиметр (TB/sm3). Фактически же исследователи ждут заслуги плотности порядка 10GB/sm3, что тоже очень впечатляет, ежели ассоциировать с используемым сейчас магнитным методом - порядка пары MB/sm2 - это без учета самого механизма устройства. При таковой плотности записи оптический слой, имеющий толщину около 1cm, дозволит хранить около 1ТВ данных. А ежели учитывать, что таковая запоминающая система не имеет передвигающихся частей, и доступ к страничкам данных осуществляется параллельно, можно ждать, что устройство будет характеризоваться плотностью в 1GB/sm3 и даже выше. Как работает система голографической памяти? Разглядим для этого установку, собранную исследовательской группой из Almaden Research Center. На исходном шаге в этом устройстве происходит разделение луча сине-зеленого аргонового лазера на две составляющие - опорный и предметный лучи (крайний является носителем самих данных). Предметный луч подвергается расфокусировке, чтоб он мог вполне освещать пространственный световой модулятор (SLM - Spatial Light Modulator), который представляет собой просто жидкокристаллическую (LCD) панель, на которой страничка данных отображается в виде матрицы, состоящей из светлых и черных пикселей (двоичные данные). Потом этот образ направляется в матричный сенсор, основой для которого служит устройство с зарядовой связью (CCD - Charge-Coupled Device либо ПЗС), захватывающее всю страничку данных. При чтении данных опорный луч должен падать на кристалл под этим же самым углом, при котором производилась запись этих данных, и допускается изменение этого угла менее чем на градус. Это дозволяет получить высшую плотность данных: изменяя угол опорного луча либо его частоту, можно записать доп странички данных в том же самом кристалле. Оба луча направляются вовнутрь светочувствительного кристалла, где и происходит их взаимодействие. В итоге этого взаимодействия появляется интерференционная картина, которая и является основой голограммы и запоминается в виде набора вариантов показателя преломления либо коэффициента отражения снутри этого кристалла. При чтении данных кристалл освещается опорным лучом, который, взаимодействуя с хранимой в кристалле интерференционной картиной, воспроизводит записанную страничку в виде вида "шахматной доски" из светлых и черных пикселей (голограмма преобразует опорную волну в копию предметной). Но доп голограммы изменяют характеристики материала (а таковых конфигураций быть может лишь фиксированное количество), в итоге образы голограмм стают тусклыми, что может привести к искажению данных при чтении. Сиим и разъясняется ограничение размера настоящей памяти, которой владеет материал. Динамическая область среды определяется количеством страничек, которые она может реально вмещать, потому участники PRISM и занимаются исследованием ограничений на светочувствительность материалов. Используемая в трехмерной голографии процедура заключения пары страничек с данными в один и этот же размер именуется мультиплексированием. Обычно употребляются последующие способы мультиплексирования: по углу падения опорного пучка, по длине волны и по фазе, но, к огорчению, они требуют сложных оптических систем и толстых (шириной в несколько мм) носителей, что делает их непригодными для коммерческого внедрения, по последней мере, в сфере обработки инфы. Но совершенно не так давно Bell Labs были изобретены три новейших способа мультиплексирования: сдвиговое, апертурное и корреляционное, основанные на использовании конфигурации положения носителя относительно световых пучков. При всем этом сдвиговое и апертурное мультиплексирование употребляют сферический опорный пучок, а корреляционное - пучок еще больше сложной формы. Не считая того, так как при корреляционном и сдвиговом мультиплексировании задействованы механические передвигающиеся элементы, время доступа при их применении будет приблизительно таковым же, как и у обыденных оптических дисков. Bell Labs удалось выстроить экспериментальный носитель на базе все такого же ниобата лития, использующий технику корреляционного мультиплексирования, но уже с плотностью записи около 226GB на квадратный дюйм. Ну и, в конце концов, еще одна неувязка - сложность используемой оптической системы. Так, для голографической памяти не годятся светодиоды на базе полупроводниковых лазеров, применяемые в обычных оптических устройствах, так как они владеют недостаточной мощностью, дают пучок с высочайшей расходимостью и, в конце концов, полупроводниковый лазер, генерируемый излучение в среднем спектре видимой области диапазона, получить чрезвычайно трудно. Тут же нужен мощнейший лазер, дающий как можно наиболее параллельный пучок. То же самое можно огласить и о пространственных световых модуляторах: до недавнего времени не было ни 1-го подобного устройства, которое можно было бы использовать в системах голографической памяти. Но времена изменяются, и сейчас уже стали доступными дешевые твердотельные лазеры, возникла микроэлектромеханическая разработка (MEM - Micro-Electrical Mechanical, устройства на ее базе представляют собой массивы микрозеркал размером порядка 17 микрон), как нельзя лучше пригодная на роль SLM. Иной сложностью, появившейся на пути сотворения устройств голографической памяти, стал поиск пригодного материала для носителя. Большая часть исследований в области голографии проводились с внедрением фотореактивных материалов (основным образом, упоминавшегося выше ниобата лития), но ежели они годятся для записи голографических изображений ювелирных украшений, то этого никак нельзя огласить в отношении записи инфы, да еще в коммерческих устройствах: они дороги, имеют слабенькую чувствительность и ограниченный динамический спектр (частотная полоса пропускания). Потому был разработан новейший класс фотополимерных материалов, владеющих хорошими перспективами исходя из убеждений коммерческого внедрения. Фотополимеры представляют собой вещества, в каких под действием света происходят необратимые конфигурации, выражающиеся во флуктуациях состава и плотности. Сделанные материалы имеют наиболее длительный жизненный цикл (в плане хранения записанной на их инфы) и устойчивы к действию температур, также различаются усовершенствованными оптическими чертами, в общем, подступают для однократной записи данных (WORM). Потому что интерференционные шаблоны однородно заполняют весь материал, это наделяет голографическую память иным полезным свойством - высочайшей достоверностью записанной инфы. В то время как недостаток на поверхности магнитного диска либо магнитной ленты разрушает принципиальные данные, недостаток в голографической среде не приводит к потере инфы, а вызывает всего только "потускнение" голограммы. Маленькие настольные HDSS-устройства должны показаться к 2003 году. Так как аппаратура HDSS для конфигурации угла наклона луча употребляет акусто-оптический дефлектор (кристалл, характеристики которого меняются при прохождении через него звуковой волны), то по общим оценкам, время извлечения смежных страничек данных составит наименее 10ms. Хоть какое обычное оптическое либо магнитное устройство памяти нуждается в особых механических средствах для доступа к данным на разных дорожках, и время этого доступа составляет несколько миллисекунд. Пожалуй, неверно разглядывать устройства голографической памяти как конструктивно новейшую технологию, ибо ее главные концепции разработаны около 30 годов назад. Ежели что и поменялось, так это доступность главных компонентов для данной для нас технологии - цены на их стали существенно ниже. Так, полупроводниковый лазер уже не является кое-чем диковинным, а давным-давно уже стал эталоном. С иной стороны, SLM - это итог той же технологии, которая применяется при изготовлении LCD-экранов для ПК-блокнотов и калькуляторов, а детекторная матрица CCD позаимствована прямо из цифровой камеры. Иной конструктивно другой подход в разработке устройств хранения данных - молекулярный. Группа исследователей центра "W.M. Keck Center for Molecular Electronic" под управлением доктора Роберта Р. Бирга (Robert R. Birge) уже относительно издавна получила макет подсистемы памяти, использующей для запоминания цифровые биты молекулы. Это - молекулы протеина, который именуется бактериородопсин (bacteriorhodopsin). Он имеет пурпурный цвет, поглощает свет и находится в мембране мельчайшего организма, именуемого halobacterium halobium. Этот мельчайший организм "проживает" в соляных болотах, где температура может достигать +150 °С. Когда уровень содержания кислорода в окружающей среде так низок, что для получения энергии нереально применять дыхание (окисление), он для фотосинтеза употребляет протеин. Итак, преимуществ у новейшей технологии наиболее чем довольно: не считая того, что информация сохраняется и считывается параллельно, можно достичь чрезвычайно высочайшей скорости передачи данных и, в отдельных вариантах, высочайшей скорости случайного доступа. А самое основное - фактически отсутствуют механические составляющие, свойственные сегодняшним хранителям инфы (к примеру, шпиндели с огромным числом оборотов). Это гарантирует не только лишь стремительный доступ (для данной технологии правильней огласить моментальный) к данным, наименьшую возможность сбоев, да и наиболее низкое потребление электроэнергии, так как сейчас твердый диск - один из более энергоемких компонентов компа. Правда, есть трудности с юстировкой оптики, потому на первых порах данные устройства, возможно, будут все еще "бояться" посторониих "механических действий". Бактериородопсин был избрал поэтому, что фотоцикл (последовательность структурных конфигураций, которые молекула претерпевает при реакции со светом) делает эту молекулу безупречным логическим запоминающим элементом типа "&" либо типа переключателя из 1-го состояния в другое (триггер). Как проявили исследования Бирга, bR-состояние (логическое значение бита "0") и Q-состояние (логическое значение бита "1") являются промежными состояниями молекулы и могут оставаться стабильными в течение почти всех лет. Это свойство, а именно, обеспечивающее удивительную стабильность протеина, и было приобретено эволюционным методом в борьбе за выживание в грозных критериях соляных болот. По оценкам Бирга, данные, записанные на бактериородопсинном запоминающем устройстве, должны сохраняться приблизительно 5 лет. Иной принципиальной индивидуальностью бактериородопсина будет то, что эти два состояния имеют приметно отличающиеся диапазоны поглощения. Это дозволяет просто найти текущее состояние молекулы при помощи лазера, настроенного на подобающую частоту. При записи данных поначалу нужно зажечь желтоватый "страничный" лазер - для перевода молекул в Q-состояние. Пространственный световой модулятор (SLM), который, как говорилось ранее, представляет собой LCD-матрицу, создающую маску на пути луча, вызывает появление активной (возбужденной) плоскости в материале снутри кюветы. Эта энергоактивная плоскость представляет собой страничку данных, которая может вмешать массив 4096x4096 bit. Перед возвратом протеина в состояние покоя (в нем он может находиться достаточно долгое время, сохраняя информацию) загорается красноватый, записывающий лазер, располагаемый под прямым углом по отношению к желтоватому. Иной SLM показывает двоичные данные и, таковым образом, делает на пути луча подобающую маску, потому облучению подвергнутся лишь определенные пятна (точки) странички. Молекулы в этих местах перейдут в Q-состояние и будут представлять двоичную единицу. Оставшаяся часть странички вернется в первоначальное bR-состояние и будет представлять двоичные нули. Для того, чтоб прочесть данные, нужно снова зажечь страничный лазер, который переводит читаемую страничку в Q-состояние. Это делается для того, чтоб в предстоящем, при помощи различия в диапазонах поглощения, идентифицировать двоичные нули и единицы. Через 2ms после чего страничка "окунается" в низкоинтенсивный световой поток красноватого лазера. Низкая интенсивность нужна для того, чтоб предупредить "перепрыгивание" молекул в Q-состояние. Молекулы, представляющие двоичный нуль, поглощают красноватый свет, а представляющие двоичную единицу пропускают луч мимо себя. Это делает "шахматный" набросок из светлых и черных пятен на LCD-матрице, которая захватывает страничку цифровой инфы. Был построен макет системы памяти, в каком бактсриородопсин запоминает данные в трехмерной матрице. Таковая матрица представляет собой кювету (прозрачный сосуд), заполненную полиакридным гелем, в который помещен протеин. Кювета имеет продолговатую форму размером 1x1x2 д. Протеин, который находится в bR-состоянии, фиксируется в пространстве при полимеризации геля. Кювету окружают батарея лазеров и детекторная матрица, построенная на базе устройства, использующего принцип зарядовой инжекции (CID - Charge Injection Device), которые служат для записи и чтения данных. Для стирания данных довольно недлинного импульса голубого лазера, чтоб вернуть молекулы из Q-состояния в начальное bR-состояние. Голубий свет не непременно должен идти от лазера: так можно стереть всю кювету при помощи обычной ультрафиолетовой лампы. Для обеспечения целостности данных при выборочном стирании страничек применяется кэширование пары смежных страничек. При операциях чтения-записи также употребляются два доп бита четности, чтоб защититься от ошибок. Страничка данных быть может прочитана без разрушения до 5000 раз. Любая страничка отслеживается счетчиком, и ежели происходит 1024 чтения, то страничка "освежается" (регенерируется) при помощи новейшей операции записи. Беря во внимание, что молекула меняет свои состояния в пределах 1ms, суммарное время для выполнения операции чтения либо записи составляет около 10ms. Но, по аналогии с системой голографической памяти, это устройство осуществляет параллельный доступ в цикле чтения-записи, что дозволяет рассчитывать на скорость до 10MBps. Предполагается, что ежели объединить по восемь запоминающих битовых ячеек в б с параллельным доступом, то можно добиться скорости 80MBps, но для такового метода нужна соответственная схемотехническая реализация подсистемы памяти. Некие версии устройств SLM выполняют страничную адресацию, которая в дешевых конструкциях употребляется при направлении луча на подходящую страничку при помощи поворотной системы гальванических зеркал. Таковой SLM обеспечивает доступ за 1ms, да и стоит соответственно вчетверо дороже. Сумеет ли молекулярная память конкурировать с традиционной полупроводниковой памятью? Ее конструкция, непременно, имеет определенные достоинства. Во-1-х, она базирована на протеине, который делается в большом количестве и по дешевый стоимости, чему содействуют заслуги генной инженерии. Во-2-х, система может работать в наиболее широком спектре температур, чем полупроводниковая память. В-3-х, данные сохраняются повсевременно - даже ежели выключить питание системы памяти, это не приведет к потере инфы. И, в конце концов, кубики с данными, имеющие мелкие размеры, но содержащие гб инфы, можно помещать в архив для хранения копий (как магнитные ленты). Потому что кубики не содержат передвигающихся частей, это удобнее, чем внедрение портативных твердых дисков либо картриджей с магнитной лентой. Сам Бирг утверждает, что предложенная им система по быстродействию близка к полупроводниковой памяти, пока не встретится страничный недостаток. При обнаружении такового недостатка нужно перенаправить луч для доступа к таковым страничкам с иной стороны. На теоретическом уровне, кювета, о которой уже шла речь, может вместить 1ТВ данных. Ограничения на емкость соединены, в основном, с неуввязками линзовой системы и качеством протеина. Комменты? Поправки? Дополнения? Заслуги от редакции веб-сайта iXBT.com