La memoria milpiés es una forma de memoria de computadora no volátil . Prometió una densidad de datos de más de 1 terabit por pulgada cuadrada (1 gigabit por milímetro cuadrado), que es aproximadamente el límite de los discos duros de grabación perpendiculares . Se buscó la tecnología de almacenamiento Millipede como un posible reemplazo de la grabación magnética en discos duros y un medio para reducir el tamaño físico de la tecnología al de los medios flash .
IBM demostró un prototipo de dispositivo de almacenamiento tipo milpiés en CeBIT 2005 y estaba intentando que la tecnología estuviera disponible comercialmente a finales de 2007. Sin embargo, debido a los avances simultáneos en tecnologías de almacenamiento competidoras, desde entonces no se ha puesto a disposición ningún producto comercial.
La memoria principal de las computadoras modernas se construye a partir de uno de varios dispositivos relacionados con la DRAM . La DRAM consta básicamente de una serie de condensadores , que almacenan datos en cuanto a la presencia o ausencia de carga eléctrica. Cada condensador y su circuito de control asociado, denominado celda , contiene un bit y se pueden leer o escribir varios bits en bloques grandes al mismo tiempo. La DRAM es volátil : los datos se pierden cuando se corta la energía.
En cambio, los discos duros almacenan datos en un disco que está recubierto de un material magnético ; Los datos están representados por este material magnetizado localmente. La lectura y la escritura se realizan mediante un solo cabezal, que espera a que la ubicación de memoria solicitada pase por debajo del cabezal mientras el disco gira. Como resultado, el rendimiento de un disco duro está limitado por la velocidad mecánica del motor y, por lo general, es cientos de miles de veces más lento que la DRAM. Sin embargo, dado que las "celdas" de un disco duro son mucho más pequeñas, la densidad de almacenamiento de los discos duros es mucho mayor que la de la DRAM. Los discos duros no son volátiles : los datos se conservan incluso después de que se corta la energía.
El almacenamiento de milpiés intenta combinar características de ambos. Al igual que un disco duro, el milpiés almacena datos en un medio y accede a ellos moviendo el medio debajo de la cabeza. También similar a los discos duros, el medio físico del milpiés almacena un poco en un área pequeña, lo que genera altas densidades de almacenamiento. Sin embargo, el milpiés utiliza muchos cabezales nanoscópicos que pueden leer y escribir en paralelo, aumentando así la cantidad de datos leídos en un momento dado.
Mecánicamente, el milpiés utiliza numerosas sondas de fuerza atómica , cada una de las cuales se encarga de leer y escribir una gran cantidad de bits asociados a ella. Estos bits se almacenan a modo de hoyo, o en ausencia de él, en la superficie de un polímero termoactivo , que se deposita como una fina película sobre un soporte conocido como trineo. Cualquier sonda solo puede leer o escribir en un área bastante pequeña del trineo disponible, conocida como campo de almacenamiento . Normalmente el trineo se mueve de manera que las puntas seleccionadas se coloquen debajo de la sonda mediante actuadores electromecánicos. Estos actuadores son similares a los que colocan el cabezal de lectura/escritura en un disco duro típico; sin embargo, la distancia real recorrida es pequeña en comparación. El trineo se mueve siguiendo un patrón de escaneo para colocar los bits solicitados debajo de la sonda, un proceso conocido como escaneo x/y.
La cantidad de memoria atendida por cualquier par de campo/sonda es bastante pequeña, pero también lo es su tamaño físico. Por lo tanto, muchos de estos pares campo/sonda se utilizan para formar un dispositivo de memoria, y las lecturas y escrituras de datos se pueden distribuir en muchos campos en paralelo, lo que aumenta el rendimiento y mejora los tiempos de acceso. Por ejemplo, un único valor de 32 bits normalmente se escribiría como un conjunto de bits únicos enviados a 32 campos diferentes. En los dispositivos experimentales iniciales, las sondas se montaron en una cuadrícula de 32x32 para un total de 1.024 sondas. Dado que este diseño parecía las patas de un milpiés (animal), el nombre se quedó. El diseño del conjunto de voladizos implica realizar numerosos voladizos mecánicos, sobre los cuales se debe montar una sonda. Todos los voladizos están fabricados íntegramente en silicio, mediante micromecanizado superficial en la superficie de la oblea.
En cuanto a la creación de hendiduras o picaduras, los polímeros no reticulados retienen una temperatura de vidrio baja , alrededor de 120 °C para PMMA [4] y si la punta de la sonda se calienta por encima de la temperatura del vidrio, deja una pequeña hendidura. Las indentaciones se realizan con una resolución lateral de 3 nm. [5] Al calentar la sonda inmediatamente al lado de una hendidura, el polímero se volverá a fundir y rellenará la hendidura, borrándola (ver también: litografía de sonda de escaneo termomecánica ). Después de escribir, se puede utilizar la punta de la sonda para leer las muescas. Si cada indentación se trata como un bit, en teoría se podría lograr una densidad de almacenamiento de 0,9 Tb/ in2 . [5]
Cada sonda en la matriz en voladizo almacena y lee datos termomecánicamente, manejando un bit a la vez. Para realizar una lectura, la punta de la sonda se calienta a unos 300 °C y se mueve cerca del trineo de datos. Si la sonda está ubicada sobre un hoyo, el voladizo la empujará hacia el interior del orificio, aumentando el área de superficie en contacto con el trineo y, a su vez, aumentando el enfriamiento a medida que el calor se filtra hacia el trineo desde la sonda. En el caso de que no haya un foso en ese lugar, sólo la punta de la sonda permanece en contacto con el trineo y el calor se escapa más lentamente. La resistencia eléctrica de la sonda es función de su temperatura y aumenta con el aumento de temperatura. Por lo tanto, cuando la sonda cae en un hoyo y se enfría, esto se registra como una caída en la resistencia. Una resistencia baja se traducirá a un bit "1" o, en caso contrario, a un bit "0". Mientras se lee un campo de almacenamiento completo, la punta se arrastra por toda la superficie y los cambios de resistencia se monitorean constantemente.
Para escribir un poco, la punta de la sonda se calienta a una temperatura superior a la temperatura de transición vítrea del polímero utilizado para fabricar el trineo de datos, que generalmente está hecho de vidrio acrílico . En este caso la temperatura de transición ronda los 400 °C. Para escribir un "1", el polímero cercano a la punta se ablanda y luego se toca suavemente la punta, provocando una abolladura. Para borrar la broca y devolverla al estado cero, la punta se levanta de la superficie, lo que permite que la tensión superficial vuelva a aplanar la superficie. Los sistemas experimentales más antiguos utilizaban una variedad de técnicas de borrado que generalmente consumían más tiempo y tenían menos éxito. Estos sistemas más antiguos ofrecían alrededor de 100.000 borrados, pero las referencias disponibles no contienen suficiente información para decir si esto se ha mejorado con las técnicas más nuevas. [ cita necesaria ]
Como era de esperar, la necesidad de calentar las sondas requiere una cantidad bastante grande de energía para el funcionamiento general. Sin embargo, la cantidad exacta depende de la velocidad a la que se accede a los datos; a velocidades más lentas, el enfriamiento durante la lectura es menor, al igual que la cantidad de veces que la sonda debe calentarse a una temperatura más alta para escribir. Cuando se opera a velocidades de datos de unos pocos megabits por segundo, se espera que Millipede consuma alrededor de 100 milivatios, lo que está en el rango de la tecnología de memoria flash y considerablemente por debajo de los discos duros. Sin embargo, una de las principales ventajas del diseño Millipede es que es altamente paralelo, lo que le permite funcionar a velocidades mucho más altas, hasta GB /s. A este tipo de velocidades uno podría esperar que los requisitos de energía se acerquen más a los de los discos duros actuales y, de hecho, la velocidad de transferencia de datos está limitada al rango de kilobits por segundo para una sonda individual, lo que equivale a unos pocos megabits para una matriz completa. Los experimentos realizados en el Centro de Investigación Almaden de IBM demostraron que las puntas individuales podían soportar velocidades de datos de hasta 1 o 2 megabits por segundo, ofreciendo potencialmente velocidades agregadas en el rango de GB/s.
La memoria milpiés se propuso como una forma de memoria de computadora no volátil que pretendía competir con la memoria flash en términos de almacenamiento de datos, velocidad de lectura y escritura y tamaño físico de la tecnología. Sin embargo, desde entonces otras tecnologías la han superado y, por lo tanto, no parece ser una tecnología que se esté aplicando actualmente.
Los dispositivos milpiés de primera generación utilizaban sondas de 10 nanómetros de diámetro y 70 nanómetros de longitud, produciendo hoyos de unos 40 nm de diámetro en campos de 92 μm x 92 μm. Dispuesto en una cuadrícula de 32 x 32, el chip resultante de 3 mm x 3 mm almacena 500 megabits de datos o 62,5 MB, lo que da como resultado una densidad de área , el número de bits por pulgada cuadrada, del orden de 200 Gbit/in². IBM demostró inicialmente este dispositivo en 2003 y planeaba introducirlo comercialmente en 2005. En ese momento, los discos duros se acercaban a los 150 Gbit/in² y desde entonces lo han superado.
Los dispositivos demostrados en la CeBIT Expo de 2005 mejoraron el diseño básico, utilizando chips cantilever de 64 x 64 con un trineo de datos de 7 mm x 7 mm, aumentando la capacidad de almacenamiento de datos a 800 Gbit/in² utilizando fosos más pequeños. Parece que el tamaño del hoyo puede escalar hasta aproximadamente 10 nm, lo que da como resultado una densidad de área teórica de poco más de 1 Tbit/in². IBM planeó introducir dispositivos basados en este tipo de densidad en 2007. A modo de comparación, a finales de 2011, los discos duros de portátiles se enviaban con una densidad de 636 Gbit/in², [6] y se espera que la grabación magnética asistida por calor y Los medios estampados juntos podrían soportar densidades de 10 Tbit/in². [7] Flash alcanzó casi 250 Gbit/in² a principios de 2010. [8]
A partir de 2015, [ cita necesaria ] debido a los avances simultáneos en tecnologías de almacenamiento competitivas, hasta el momento no se ha puesto a disposición ningún producto comercial.