Các nhà nghiên cứu Trung Quốc tiết lộ công nghệ HDD phân tử tự phong hóa hỗ trợ 100TB+ dung lượng

Các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã phát triển một hệ thống lưu trữ phân tử mật độ cao sử dụng phân tử hữu cơ để lưu trữ và mã hóa dữ liệu. Thông tin được ghi và truy xuất bằng kính hiển vi lực nguyên tử chuyên dụng, điều khiển trạng thái phân tử để lưu trữ dữ liệu. Công nghệ này có khả năng tạo ra các thiết bị lưu trữ siêu mật độ, giảm yêu cầu về không gian lưu trữ và tiêu thụ năng lượng.

HDDs có dung lượng từ 100TB trở lên gặp khó khăn do tuổi thọ ngắn của đầu kính hiển vi nguyên tử. HDD truyền thống lưu trữ dữ liệu trên vật liệu từ tính, trong khi công nghệ HDD phân tử sử dụng các phân tử nhỏ thay đổi tính chất điện khi có điện áp. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng 200 phân tử Ru LPH tự lắp ráp trong một lớp đơn mỏng, nơi các ion ruthenium chuyển đổi giữa trạng thái oxi hóa và trạng thái tích tụ ion, từ đó thay đổi độ dẫn điện bằng đầu kính hiển vi lực nguyên tử dẫn điện C-AFM.

Một đầu C-AFM có bán kính 25nm ghi và đọc dữ liệu bằng cách áp dụng một điện áp nhỏ để kiểm soát các thay đổi phân tử, cho phép 96 trạng thái dẫn điện khác nhau trên mỗi đơn vị lưu trữ 6-bit, tương tự như NAND nhiều mức. Hệ thống này không cần từ trường mạnh và không cần làm nóng môi trường, do đó hoạt động với mức tiêu thụ năng lượng rất thấp trong khoảng pWbit cho việc đọc và ghi, điều này có thể rất hiệu quả cho lưu trữ dữ liệu quy mô lớn, theo các nhà nghiên cứu.

Tuy nhiên, các nhà khoa học dự kiến sử dụng các sáng chế của họ trong các ổ HDD với phương thức quay dựa trên nền tảng kính, do đó, mức tiêu thụ điện năng của các ổ thực tế có thể tương đương với các HDD truyền thống, vì động cơ vẫn sẽ tiêu thụ điện. Các nhà nghiên cứu ước tính lớp SAM có độ dày khoảng 2.54nm. Nếu giả định mỗi phân tử Ru LPH có kích thước tương tự vài nanomet, thì 200 phân tử sắp xếp trong một lớp đơn sẽ chiếm diện tích khoảng vài chục nanomet vuông.

Các phân tử Ru LPH tự lắp ráp có kích thước khoảng 10-20nm, cho phép lưu trữ khoảng 6-bit dữ liệu trên mỗi 200 phân tử, tương đương với khoảng 9.6Gbit/inch². Tuy nhiên, các phép tính này có thể không chính xác. Các nhà sản xuất HDD kỳ vọng công nghệ ghi viết hỗ trợ nhiệt và phương tiện có mẫu bit sẽ được ứng dụng trong các ổ HDD sử dụng công nghệ HDMR, dự kiến sẽ xuất hiện vào những năm 2030 và cho phép dung lượng trên 120 TB.

HDD 5 inch. Mặc dù HDMR có những đặc điểm riêng, như sử dụng công nghệ lithography cho môi trường đã được định hình hoàn toàn, nhưng công nghệ này đã được các nhà sản xuất HDD hiểu rõ. Điều này có thể khiến nghiên cứu về HDD phân tử trở nên lỗi thời, vì khi nó đạt đến độ chín và sẵn sàng cho ứng dụng thương mại, HDMR sẽ đã được sản xuất hàng loạt. Tuy nhiên, công nghệ HDD phân tử dường như vẫn có một lợi thế đặc biệt.

HDD phân tử có thể thực hiện mã hóa tích hợp bằng cách sử dụng các phép toán XOR. Điều này cho phép hệ thống mã hóa dữ liệu ở cấp độ phân tử, ngăn chặn truy cập trái phép. Điều này đã được chứng minh qua việc mã hóa hình ảnh tranh tường tại động Mạc Cao, trong đó thông tin từng pixel được biến đổi bằng logic XOR và sau đó giải mã. Thêm vào đó, HDD phân tử có thể thực hiện các phép toán logic như AND, OR và XOR ngay trong đơn vị lưu trữ, giảm thiểu nhu cầu về sức mạnh tính toán bổ sung.

Mặc dù có tiềm năng, hệ thống này gặp một khuyết điểm nghiêm trọng - tuổi thọ ngắn của đầu C-AFM. Các đầu này chỉ sử dụng được từ 50 đến 200 giờ khi hoạt động không liên tục và từ 5 đến 50 giờ khi hoạt động liên tục. Hạn chế này khiến việc lưu trữ lâu dài và quy mô lớn trở nên không khả thi trừ khi phát triển được các đầu bền hơn. Nếu vấn đề này được giải quyết, lưu trữ phân tử có thể đạt hoặc thậm chí vượt qua mật độ của HDD thế hệ tiếp theo và băng lưu trữ.

Tuy nhiên, hiện tại, những thách thức kỹ thuật đáng kể vẫn là rào cản để nó trở thành phương pháp lưu trữ khả thi thay thế cho các phương pháp hiện có.

Nguồn: www.tomshardware.com/pc-components/hdds/chinese-researchers-reveal-self-encrypting-molecular-hdd-technology-supporting-100tb-capacities