Технология самошифрующегося молекулярного жёсткого диска

Китайские исследователи разработали молекулярную систему хранения данных высокой плотности, которая использует органические молекулы для хранения и шифрования данных, сообщает Blocks & Files. Информация записывается и извлекается с помощью специализированного атомно-силового микроскопа, который манипулирует молекулярными состояниями для хранения данных, согласно описанию в Nature. Хотя эта технология потенциально может обеспечить сверхплотные устройства хранения данных, которые снижают требования к пространству для хранения и энергопотреблению (например, жесткие диски емкостью 100 ТБ и более), короткий срок службы наконечников атомных микроскопов остается серьезным препятствием.

Традиционные HDD хранят данные на магнитных материалах, которые изменяют свои свойства с помощью магнитных записывающих головок. Молекулярная технология HDD работает путем хранения и обработки данных с помощью крошечных молекул, которые изменяют свои электрические свойства при воздействии напряжения. Исследователи использовали 200 самоорганизующихся молекул Ru LPH, расположенных в тонком монослое (SAM), где ионы рутения переключаются между состоянием окисления и состоянием накопления ионов, изменяя проводимость материала с помощью наконечника кондуктивного атомно-силового микроскопа (C-AFM). Наконечник (C-AFM) с радиусом 25 нм записывает и считывает данные, прикладывая небольшое напряжение для управления этими молекулярными изменениями, что позволяет использовать 96 различных состояний проводимости на единицу (6-битное хранение), что несколько напоминает многоуровневую ячейку NAND.

Поскольку эта система не нуждается в сильных магнитных полях и не нуждается в нагреве носителя, она работает с чрезвычайно низким энергопотреблением (диапазон пВт/бит) для чтения и записи, что, по словам исследователей, потенциально очень эффективно для крупномасштабного хранения данных. Однако, поскольку ученые предполагают использование своих инноваций в форм-факторах HDD с вращающимися носителями на основе стеклянных подложек, энергопотребление реальных накопителей, вероятно, будет сопоставимо с энергопотреблением традиционных HDD, поскольку двигатели по-прежнему будут потреблять энергию.

Исследователи подсчитали, что толщина слоя SAM составляет ~ 2,54 нм. Если предположить, что каждая молекула Ru LPH имеет схожую ширину и длину порядка нескольких нанометров, то 200 молекул, расположенных в компактном монослое, займут площадь примерно в диапазоне десятков квадратных нанометров (т. е. 10-20 нм в ширину и длину). Математика салфетки затем показывает, что хранение 6 бит данных на 200 самоорганизованных молекул Ru LPH переводится примерно в 9,6 Гбит/дюйм^2 (имейте в виду, что математика салфетки может быть неверной), что соответствует тому, чего производители HDD ожидают от традиционных жестких дисков с тепловой записью и бит-шаблонированными носителями (BPM). Такие HDD с технологией HDMR, как прогнозируется, появятся где-то в 2030-х годах и обеспечат емкость более 120 ТБ на 3,5-дюймовый HDD.

Хотя HDMR имеет свои особенности (например, полностью шаблонизированный носитель с использованием технологии литографии), эта технология, по крайней мере, понятна производителям HDD, что потенциально делает исследования молекулярных HDD устаревшими, поскольку к тому времени, когда они достигнут зрелости и будут готовы к коммерческому применению, HDMR будет запущен в массовое производство. Однако, похоже, у молекулярной технологии HDD есть туз в рукаве.

Молекулярные HDD могут реализовывать встроенное шифрование с использованием побитовых операций XOR. Это означает, что система может безопасно кодировать данные на молекулярном уровне, предотвращая несанкционированный доступ. Это было продемонстрировано при шифровании изображений фресок Mogao Grottoes, где информация каждого пикселя была преобразована с использованием логики XOR и позже расшифрована. Кроме того, молекулярный HDD может выполнять логические операции, такие как AND, OR и XOR, непосредственно в блоке хранения, что снижает потребность в дополнительной вычислительной мощности.

Однако, несмотря на свой потенциал, система имеет критический недостаток — короткий срок службы наконечника C-AFM. По данным Blocks & Files, эти наконечники служат от 50 до 200 часов при периодическом использовании и всего от 5 до 50 часов в непрерывном режиме. Такое ограничение делает долгосрочные крупномасштабные приложения для хранения непрактичными, если только не будут разработаны более долговечные наконечники. Если эта проблема будет решена, молекулярное хранилище может сравняться или даже превзойти плотность жестких дисков следующего поколения и архивных ленточных хранилищ. Однако на данный момент значительные инженерные проблемы остаются препятствиями для того, чтобы оно стало жизнеспособной альтернативой существующим методам хранения.

Источник: Tomshardware.com