Racetrack Memory

Frank van der Wal, maandag 28 februari 2011

Electronen geheugen als stabiele innovatie

Er is een nieuw soort geheugen in de maak waar het Almaden Research Centre hard aan werkt. Nog geen product dat morgen al in de winkel ligt, maar dat er zeer veelbelovend uitziet. Een korte introductie op deze nieuwe technologie.

Digitale opslag

In de digitale wereld gaat opslaan van informatie best lastig. In de analoge wereld is het een stuk makkelijker: Je pakt een velletje papier (of een kleitablet) schrijft er wat op of krast er wat in, en klaar ben je. Blijft lang goed. Kost geen energie.

Anders is het met die vermaledijde bitjes van informatie. Je kan de waardevolle data op een harde schijf zetten. Dan worden de bitjes omgezet op een stukje draaiend magnetisch materiaal, dat we harde schijf noemen. Relatief goedkoop en met het voordeel dat de informatie er op blijft staan ook als je hem uitzet. Voor een groot aantal jaren, althans. Op de schaal van snelheid vallen harde schijven in de categorie "schildpadden en slakken". Ondanks dat de moderne schijven met 15.000 toeren per minuut rondtollen (da's best snel en vreet energie), wordt de snelheid waarmee gegevens van het magnetische materiaal wordt ingelezen uitgedrukt in milliseconden. Dat klinkt wel rap maar als je bedenkt dat processoren met nanoseconden werken, hebben we het over een factor miljoen keer trager.

De andere manier om de gewilde bitjes op te slaan is natuurlijk in geheugen. Daar zijn verschillende soorten en smaken van. Waar het op neer komt is dat men een transistor in een bepaalde stand zet (open of dicht) en dat definieert als "0" of "1". En heb je een heleboel van die transistoren dan kan je een aardige hoeveelheid geheugen opbouwen. De ThinkPad 410 waar ik nu op zit te werken heeft 4 GB intern geheugen: dat is 4 GigaByte. En nu even meerekenen:

1 GigaByte is 1024 MegaByte

1 MegaByte is 1024 KiloByte

1 KiloByte is 1024 Byte

1 Byte is 8 bits

1 bit komt overeen met 1 transistor.

Dus het geheugen van mijn ThinkPad heeft: 4 x 1024 x 1024 x 1024 x 8 = 34.359.738.368 transistoren die allemaal 'n "0" of 'n "1" kunnen herbergen. Maar.... op het moment dat de spanning van de laptop wegvalt lopen de transitoren leeg en is de info weg. A! Er moet constant stroom beschikbaar zijn om al die transistoren hun waarde te laten behouden. Ondanks dat het inie-minie stroompjes zijn, maakt het aantal transitoren de absolute hoeveelheid stroom wel weer substantieel.

Inmiddels zijn er best mooie en nieuwe technieken zoals Flash geheugen. Zeg maar het geheugen op een SD-kaartje in de digitale camera of USB memory stick. Prima spul, maar de tijd die nodig is om gegevens te schrijven is relatief traag. Ook heeft het niet het eeuwige leven.

Innovatie

Toch wordt de noodzaak om stabiele, betrouwbare en weinig energie slurpende opslag groter. In IBM's Almaden lab wordt er op dit moment gewerkt aan een nieuw geheugen dat Racetrack Memory wordt genoemd. Het maakt gebruik van een van de elementaire eigenschappen van het elektron, de "spin". Elektronen zijn verdraaid kleine deeltjes die om de kern van een atoom cirkelen. Ze hebben snelheid, een beetje massa en draaien om hun eigen as. Dat is de spin. Onderzoekers zijn nu bezig deze eigenschap te gebruiken om digitale informatie op te slaan.

Vergeleken bij het opslaan van gegevens in transistoren heeft dit enorme voordelen. Transistoren zijn klein, erg klein, maar in verhouding tot elektronen, grootgrondbezitters. Als bits in elektronen op te slaan zijn, leidt dat tot een enorme informatiedichtheid. Er wordt in de wandelgangen gesproken van MP3-achtige apparatuur die dan 3500 films kan bevatten. We hebben het dan over tientallen TeraBytes.

De lees- en schrijf- eigenschappen van Racetrack Memory zijn vergelijkbaar of beter dan die van een harde schijf. Er moet nog wel een beetje energie toegevoegd worden om de gegevens te behouden, maar die hoeveelheid ligt extreem laag ten opzicht van de energie nodig voor intern geheugen of harde schijven.

De researchers zijn optimistisch over de afloop, ondanks dat er nog wel wat hordes genomen moeten worden. Het is ook geen kleinigheid om op dát sub-atomaire niveau te werken. Het onderzoek is dan ook al 6 jaar onderweg. Maar ik heb goede hoop...

[PDF]

Opmerking

Je moet lid zijn van Via Nova Architectura om reacties te kunnen toevoegen!

Wordt lid van Via Nova Architectura

Sponsoren

Sessies

15/16-11: Landelijk Architectuur Congres meer...

Advertenties

Je kunt hier adverteren

© 2018   Gemaakt door Stichting Digital Architecture.   Verzorgd door

Banners  |  Een probleem rapporteren?  |  Algemene voorwaarden