La memoria Millipede es una forma de memoria informática no volátil . Prometía 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 perpendicular . La tecnología de almacenamiento Millipede se buscó como un posible reemplazo de la grabación magnética en los discos duros y un medio para reducir el tamaño físico de la tecnología al de los medios flash .
IBM presentó un prototipo de dispositivo de almacenamiento en forma de milpiés en la CeBIT 2005 y estaba intentando comercializar la tecnología a finales de 2007. Sin embargo, debido a los avances simultáneos en las tecnologías de almacenamiento competidoras, desde entonces no se ha comercializado ningún producto.
La memoria principal de las computadoras modernas está formada por uno de varios dispositivos relacionados con la DRAM . La DRAM consiste básicamente en una serie de capacitores , que almacenan datos en términos de presencia o ausencia de carga eléctrica. Cada capacitor y su circuito de control asociado, denominado celda , contiene un bit , y se pueden leer o escribir varios bits en grandes bloques al mismo tiempo. La DRAM es volátil : los datos se pierden cuando se corta la energía.
Por el contrario, los discos duros almacenan los datos en un disco recubierto de un material magnético ; los datos se representan mediante este material magnetizado localmente. La lectura y la escritura se realizan mediante un único 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 desconectar la alimentación.
El almacenamiento de Millipede intenta combinar las características de ambos. Al igual que un disco duro, Millipede almacena datos en un medio y accede a ellos moviendo el medio debajo del cabezal. También de manera similar a los discos duros, el medio físico de Millipede almacena un bit en un área pequeña, lo que genera altas densidades de almacenamiento. Sin embargo, Millipede utiliza muchos cabezales nanoscópicos que pueden leer y escribir en paralelo, lo que aumenta la cantidad de datos leídos en un momento dado.
Mecánicamente, el milpiés utiliza numerosas sondas de fuerza atómica , cada una de las cuales es responsable de leer y escribir una gran cantidad de bits asociados a ella. Estos bits se almacenan como un hoyo, o la ausencia de uno, en la superficie de un polímero termoactivo , que se deposita como una película delgada sobre un portador conocido como el trineo. Cualquier sonda solo puede leer o escribir un área bastante pequeña del trineo disponible para ella, conocida como campo de almacenamiento . Normalmente, el trineo se mueve de manera que los bits seleccionados se posicionen debajo de la sonda mediante actuadores electromecánicos. Estos actuadores son similares a los que posicionan el cabezal de lectura/escritura en un disco duro típico, sin embargo, la distancia real recorrida es minúscula en comparación. El trineo se mueve en un patrón de escaneo para colocar los bits solicitados debajo de la sonda, un proceso conocido como escaneo x/y.
La cantidad de memoria a la que da servicio cualquier par de campo/sonda es bastante pequeña, pero también lo es su tamaño físico. Por lo tanto, se utilizan muchos de estos pares de campo/sonda 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 individuales 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 mantuvo. El diseño de la matriz en voladizo implica la fabricación de numerosos voladizos mecánicos, sobre los que se debe montar una sonda. Todos los voladizos están hechos completamente de silicio, utilizando micromaquinado de superficie en la superficie de la oblea.
En cuanto a la creación de hendiduras o hoyos, los polímeros no reticulados mantienen una temperatura baja del vidrio , 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 hendiduras se realizan a 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 (véase también: litografía termomecánica con sonda de barrido ). Después de escribir, la punta de la sonda se puede utilizar para leer las hendiduras. Si cada hendidura se trata como un bit, teóricamente 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 acerca al trineo de datos. Si la sonda está ubicada sobre un hoyo, el voladizo la empujará hacia el agujero, 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 hoyo en esa ubicación, solo la punta de la sonda permanece en contacto con el trineo y el calor se filtra más lentamente. La resistencia eléctrica de la sonda es una función de su temperatura y aumenta con un 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 en un bit "1", o un bit "0" en caso contrario. Mientras se lee un campo de almacenamiento completo, la punta se arrastra sobre toda la superficie y los cambios de resistencia se monitorean constantemente.
Para escribir un bit, 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 es de alrededor de 400 °C. Para escribir un "1", se ablanda el polímero cercano a la punta y luego se toca suavemente con la punta, lo que provoca una abolladura. Para borrar el bit y devolverlo al estado cero, se tira de la punta hacia arriba 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 eran menos exitosas. Estos sistemas más antiguos ofrecían alrededor de 100.000 borrados, pero las referencias disponibles no contienen suficiente información para decir si esto ha mejorado con las técnicas más nuevas. [ cita requerida ]
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 el número 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, 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 de Millipede es que es altamente paralelo, lo que le permite funcionar a velocidades mucho más altas en el rango de GB /s. A este tipo de velocidades, uno podría esperar requisitos de energía más similares a 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 podrían soportar velocidades de datos de hasta 1 a 2 megabits por segundo, ofreciendo potencialmente velocidades agregadas en el rango de GB/s.
La memoria de milpiés se propuso como una forma de memoria informática 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, por lo que no parece ser una tecnología que se esté desarrollando actualmente.
Los dispositivos de milpiés de la primera generación utilizaban sondas de 10 nanómetros de diámetro y 70 nanómetros de longitud, que producían hoyos de unos 40 nm de diámetro en campos de 92 μm x 92 μm. Dispuestos 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 , la cantidad de bits por pulgada cuadrada, del orden de 200 Gbit/in². IBM demostró inicialmente este dispositivo en 2003, planeando introducirlo comercialmente en 2005. En ese momento, los discos duros se acercaban a los 150 Gbit/in² y desde entonces los han superado.
Los dispositivos que se mostraron en la CeBIT Expo de 2005 mejoraron el diseño básico, utilizando chips en voladizo de 64 x 64 con un trineo de datos de 7 mm x 7 mm, lo que aumentó la capacidad de almacenamiento de datos a 800 Gbit/in² utilizando fosas más pequeñas. Parece que el tamaño de las fosas 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 presentar dispositivos basados en este tipo de densidad en 2007. A modo de comparación, a fines de 2011, los discos duros de los portátiles se comercializaban con una densidad de 636 Gbit/in² [6] y se espera que la grabación magnética asistida por calor y los medios con patrones en conjunto puedan soportar densidades de 10 Tbit/in² [7] . Flash alcanzó casi 250 Gbit/in² a principios de 2010 [8].
A partir de 2015, [ cita requerida ] debido a los avances simultáneos en las tecnologías de almacenamiento que compiten, hasta el momento no se ha puesto a disposición ningún producto comercial.