밀리페드 메모리

Millipede memory

밀리페드 메모리는 비휘발성 컴퓨터 메모리의 한 형태입니다.1평방인치당 1테라비트(평방밀리미터당 1기가비트) 이상의 데이터 밀도를 약속했는데, 이는 수직 기록 하드 드라이브의 한계치입니다.밀리페드 스토리지 기술은 하드 드라이브의 자기 기록을 대체할 수 있는 잠재적인 기술이자 기술의 물리적 크기를 플래시 미디어로 줄이는 수단으로 추구되었습니다.

IBM은 CeB에서 밀리페드 스토리지 장치의 프로토타입을 시연했습니다.2007년 말까지 이 테크놀로지를 상용화하려고 했습니다.그러나 경쟁 스토리지 기술의 동시 발전으로 인해 그 이후로 상용 제품은 출시되지 않았습니다.

테크놀로지

기본 개념

현대 컴퓨터의 메인 메모리는 많은 DRAM 관련 장치 중 하나로 구성됩니다.DRAM은 기본적으로 일련의 캐패시터로 구성되어 있으며, 이 캐패시터는 전하의 유무에 따라 데이터를 저장합니다.셀이라고 불리는 각 콘덴서와 그 관련 제어회로는 1비트를 유지하며 동시에 여러 비트를 큰 블록으로 읽거나 쓸 수 있습니다.DRAM은 휘발성이 있습니다.전원이 차단되면 데이터가 손실됩니다.

반면 하드 드라이브자성 재료로 덮여 있는 디스크에 데이터를 저장합니다. 데이터는 이 물질이 국소적으로 자화됨으로써 표시됩니다.읽기 및 쓰기는 디스크가 회전하는 동안 요청된 메모리 위치가 헤드 아래로 지나가기를 기다리는 단일 헤드로 수행됩니다.그 결과, 하드 드라이브의 성능은 모터의 기계적 속도에 의해 제한되며, 일반적으로 D램보다 수십만 배 느립니다.그러나 하드 드라이브의 "셀"이 훨씬 작기 때문에 하드 드라이브의 스토리지 밀도는 DRAM보다 훨씬 높습니다.하드 드라이브는 비휘발성입니다.전원이 차단되어도 데이터는 유지됩니다.

밀리페드 스토리지는 이 두 가지 기능을 결합하려고 합니다.밀리페드는 하드 드라이브와 마찬가지로 매체에 데이터를 저장하고 매체를 머리 아래로 이동시켜 데이터에 액세스합니다.또한 하드 드라이브와 마찬가지로 밀리페드의 물리적 매체는 작은 면적에 약간씩 저장되기 때문에 높은 스토리지 밀도로 이어집니다.그러나 밀리페드는 읽기와 쓰기가 병렬로 가능한 많은 나노 헤드를 사용하기 때문에 주어진 시간에 읽히는 데이터의 양이 증가한다.

기계적으로, 밀리페드는 많은 원자력 프로브를 사용하며, 각각은 그것과 관련된 많은 비트를 읽고 쓰는 것을 담당합니다.이러한 비트는 열활성 폴리머의 표면에 피트(pit)로 저장되며, 이는 썰매로 알려진 운반체에 박막으로 축적됩니다.하나의 프로브는 스레드의 극히 작은 영역(스토리지 필드)만 읽고 쓸 수 있습니다.일반적으로 스레드는 전기 기계식 액추에이터를 사용하여 선택된 비트가 프로브 아래에 위치하도록 이동됩니다.이러한 액추에이터는 일반적인 하드 드라이브에 읽기/쓰기 헤드를 배치하는 액추에이터와 유사하지만 실제 이동 거리는 매우 작습니다.스레드는 스캔 패턴으로 이동하여 요청된 비트를 프로브 아래로 가져옵니다. 이 프로세스를 x/y 스캔이라고 합니다.

1개의 필드/프로브 쌍에 의해 처리되는 메모리의 양은 매우 적지만 물리적인 사이즈도 매우 적습니다.따라서 이러한 필드/프로브 쌍이 메모리 디바이스를 구성하는 데 많이 사용되며 데이터 읽기 및 쓰기가 여러 필드에 병렬로 분산되어 스루풋이 향상되고 액세스 시간이 향상됩니다.예를 들어, 일반적으로 단일 32비트 값은 32개의 다른 필드로 전송되는 단일 비트 세트로 작성됩니다.초기 실험 장치에서 프로브는 총 1,024개의 프로브를 위해 32x32 그리드에 마운트되었습니다.이 배치가 마치 미늘(동물) 위에 있는 다리처럼 생겼기 때문에 이름이 붙여진 것이다.캔틸레버 배열의 설계에는 프로브를 장착해야 하는 수많은 기계 캔틸레버를 만드는 작업이 포함됩니다.모든 캔틸레버는 웨이퍼 표면에서 표면 미세 기계링을 사용하여 완전히 실리콘으로 제작됩니다.

움푹 패인 곳(피트)의 생성과 관련하여, 비교차 폴리머는 PMMA의 경우[4] 약 120°C의 낮은 유리 온도를 유지하며, 프로브 팁이 유리 온도 이상으로 가열되면 작은 움푹 패인 곳이 남습니다.3nm 측면 분해능에서 움푹 [5]패인 부분이 있습니다.오목한 부분 바로 옆에 프로브를 가열하면 폴리머가 다시 녹고 오목한 부분을 채워서 지웁니다(열 기계식 스캔 프로브 리소그래피 참조).기입 후 프로브 팁을 사용하여 움푹 들어간 부분을 읽을 수 있습니다.각 들여쓰기를 1비트로 처리하면 이론적으로 0.9 Tb/in의2 스토리지 밀도를 [5]달성할 수 있습니다.

열적 쓰기 및 비트 삭제

데이터 읽기 및 쓰기

캔틸레버 어레이의 각 프로브는 한 번에 1비트를 처리하면서 열역학적으로 데이터를 저장하고 읽습니다.판독을 위해 프로브 팁은 약 300°C로 가열되고 데이터 스레드 근처로 이동합니다.프로브가 피트 위에 있는 경우 캔틸레버는 프로브를 구멍 안으로 밀어 넣어 스레드와 접촉하는 표면적을 증가시키고 프로브에서 스레드로 열이 누출됨에 따라 냉각을 증가시킵니다.그 위치에 피트(pit)가 없는 경우에는 탐침의 끝부분만 썰매와 접촉하여 열이 더 천천히 새어나갑니다.프로브의 전기 저항은 프로브의 온도에 의한 함수이며, 온도가 상승함에 따라 상승합니다.따라서 프로브가 피트에 낙하하여 냉각되면 저항 강하로 등록됩니다.저항이 낮으면 "1" 비트로 변환되거나 그렇지 않으면 "0" 비트로 변환됩니다.전체 저장 필드를 읽는 동안 팁이 표면 전체로 끌어다 놓이고 저항 변화가 지속적으로 모니터링됩니다.

비트를 쓰자면, 일반적으로 아크릴 유리로 만들어진 데이터 스레드 제조에 사용되는 폴리머의 유리 전이 온도 이상으로 프로브의 끝을 가열합니다.이 경우 전환 온도는 약 400°C입니다."1"을 쓰기 위해, 팁에 가까운 폴리머를 부드럽게 한 다음, 팁이 부드럽게 닿아 움푹 패이는 원인이 됩니다.비트를 지우고 제로 상태로 되돌리려면 팁이 표면에서 위로 당겨져 표면 장력이 표면을 다시 평평하게 당길 수 있습니다.오래된 실험 시스템은 일반적으로 시간이 더 많이 걸리고 성공적이지 않은 다양한 삭제 기술을 사용했습니다.이러한 오래된 시스템에서는 약 100,000개의 소거가 제공되었지만, 이용 가능한 참조 자료에는 새로운 [citation needed]기술로 이 기능이 개선되었는지 여부를 확인할 수 있는 충분한 정보가 포함되어 있지 않습니다.

예상대로 프로브를 가열해야 하기 때문에 일반적인 작동에는 상당히 많은 전력이 필요합니다.그러나 정확한 양은 데이터 액세스 속도에 따라 달라집니다. 느린 속도에서는 읽기 중 냉각이 적어집니다. 쓰기 위해 프로브를 더 높은 온도로 가열해야 하는 횟수도 마찬가지입니다.밀리페데는 초당 수 메가비트의 데이터 전송 속도로 작동할 경우 약 100 밀리와트의 전력을 소비할 것으로 예상됩니다.이것은 플래시 메모리 테크놀로지의 범위이며 하드 드라이브에도 상당히 못 미칩니다.그러나 Milipede 설계의 주요 장점 중 하나는 매우 병렬적이며 GB/s까지 훨씬 더 빠른 속도로 실행할 수 있다는 것입니다.이러한 속도에서는 현재의 하드 드라이브에 보다 가까운 전력 요건을 기대할 수 있습니다.실제로 데이터 전송 속도는 개개의 프로브에서는 킬로비트/초(전체 어레이에서는 몇 메가비트)로 제한됩니다.IBM의 Almaden Research Center에서 수행된 실험에 따르면, 개별 팁은 초당 1~2메가비트까지 높은 데이터 속도를 지원할 수 있으며, 잠재적으로 GB/s 범위의 총 속도를 제공할 수 있습니다.

적용들

밀리페드 메모리는 데이터 스토리지, 읽기 및 쓰기 속도, 기술의 물리적 크기 면에서 플래시 메모리와 경쟁하기 위한 비휘발성 컴퓨터 메모리의 한 형태로 제안되었습니다.그러나 그 이후 다른 기술들이 그것을 능가하고 있기 때문에 현재 추진되고 있는 기술은 아닌 것으로 보인다.

역사

첫 번째 장치

초기 세대의 밀리페드 장치는 직경 10나노미터, 길이 70나노미터의 프로브를 사용하여 필드 92 µm x 92 µm에 직경 약 40 nm의 피트를 생성했습니다.32 x 32 그리드로 배열된 3 mm x 3 mm 칩은 500 메가비트 또는 62.5 MB의 데이터를 저장하므로 면적 밀도는 200 기가비트/in²입니다.IBM은 이 장치를 2003년에 처음 시연했으며 2005년에 상업적으로 선보일 계획입니다.그 시점까지 하드 드라이브는 150기가비트/in²에 근접해 있었고, 그 이후로는 이를 능가하고 있습니다.

제안된 상용 제품

CeB에서 시연된 디바이스2005년 IT Expo에서는 64 x 64 캔틸레버 칩에 7 mm x 7 mm 데이터 스레드를 사용하여 기본 설계를 개선했으며, 더 작은 피트를 사용하여 데이터 스토리지 용량을 800 Gbit/in²로 늘렸습니다.피트 크기는 약 10nm까지 확장될 수 있어 이론적으로 1Tbit/in²를 약간 넘는 면적 밀도를 얻을 수 있습니다.IBM은 2007년에 이러한 밀도를 바탕으로 기기를 도입할 계획이었다.비교를 위해 2011년 말 현재 노트북 하드 드라이브는 636 Gbit/in²의 [6]밀도로 출고되었으며, 열 보조 자기 기록과 패턴 미디어를 함께 사용하면 10 Tbit/in²의 [7]밀도를 지원할 수 있을 것으로 예상됩니다.플래시는 2010년 [8]초에 약 250기가비트/in²에 도달했습니다.

현재의 개발

2015년 [citation needed]현재, 경쟁 스토리지 기술의 동시 발전으로 인해 상용 제품은 아직 출시되지 않았습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Vettiger, P.; Despont, M.; Drechsler, U.; Durig, U.; Haberle, W.; Lutwyche, M. I.; Rothuizen, H. E.; Stutz, R.; Widmer, R.; Binnig, G. K. (2000). "The "Millipede"—More than thousand tips for future AFM storage". IBM Journal of Research and Development. 44 (3): 323–340. doi:10.1147/rd.443.0323. ISSN 0018-8646.
  2. ^ a b "The millipede project: A nanomechanical AFM-based data storage system". IBM Zurich Research Laboratory. Archived from the original on 2011-12-17. Retrieved 2011-09-05.
  3. ^ "Millipede small scale MEMS prototype shown at CeBIT". PhysOrg.com. March 12, 2005.
  4. ^ Mamin, H. J.; Rugar, D. (1992). "Thermomechanical writing with an atomic force microscope tip". Applied Physics Letters. 61 (8): 1003–1005. Bibcode:1992ApPhL..61.1003M. doi:10.1063/1.108460. ISSN 0003-6951.
  5. ^ a b King, William P.; Goodson, Kenneth E. (2002). "Thermal Writing and Nanoimaging With a Heated Atomic Force Microscope Cantilever". Journal of Heat Transfer. 124 (4): 597. doi:10.1115/1.1502634.
  6. ^ Hartin, Erin (2011-08-03). "Hitachi GST Ships One Terabyte Per Platter Hard Drives". Hitachi Global Storage Technologies. Archived from the original on 2011-10-26. Retrieved 2011-12-17.
  7. ^ Johnston, Casey (2011-05-07). "New hard drive write method packs in one terabit per inch". Ars Technica. Retrieved 2011-12-17.
  8. ^ Mearian, Lucas (January 31, 2010). "Intel Micron to announce world's densest flash memory". computerworld.com.

외부 링크