ذاكرة ألفية (بالإنجليزية: Millipede memory) هي نوع من أنواع الذاكرة المستدامة للحاسوب. تضمن كثافة بيانات تزيد عن تيرابت واحد لكل بوصة مربعة (1 غيغابت لكل ملليمتر مربع)، وهوما يقارب حد الإنضمام العمودي على القرص الصلب. يتلخص السعي إلى استخدام تكنولوجيا تخزين ألفي في إيجاد بديل محتمل للتسجيل المغناطيسي في الأقراص الصلبة ووسيلة لتقليل الحجم العملي للتكنولوجيا إلى حجم الوسائط الوميضية.

عرضت شركة آي بي إم نموذجًا أوليًا لجهاز تخزين ألفي في معرض سيبت لعام 2005، وكانت تحاول جعل التكنولوجيا متاحة تجاريًا بحلول نهاية عام 2007. لكن وبسبب إنجازات متزامنة في تكنولوجيات تخزين منافسة، لم يتوفر أي منتج تجاري منذ ذلك الحين.

تكنولوجيا

المفهوم الأساسي

تُصمَم الذاكرة الرئيسية لأجهزة الحاسوب الحديثة من أحد الأجهزة المرتبطة بذاكرة وصول عشوائي ديناميكية. تتكون ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية أساسًا من سلسلة من المكثفات التي تخزن البيانات من حيث تواجد الشحنة الكهربائية أوغيابها. يحتوي جميع مكثف ودائرة التحكم المرتبطة به، والتي يشار إليها بالخلية، على بت واحد، ويمكن قراءة بتّات متعددة أوكتابتها في كتل كبيرة في نفس الوقت.

على النقيض من ذلك، تخزن الأقراص الصلبة البيانات على قرص مغطى بمادة مغناطيسية، إذ تمثَل البيانات بواسطة هذه المادة الممغنطة موضعيًا. تجري القراءة والكتابة بواسطة رأس واحد، الذي ينتظر مرور مسقط الذاكرة المطلوب تحت الرأس أثناء دوران القرص. نتيجة لذلك، يقيَد أداء القرص الصلب بواسطة السرعة الميكانيكية للمحرك، وهوأبطأ بمئات الآلاف من المرات من ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية. مع ذلك، نظرًا لأن «الخلايا» الموجودة في قرص صلب أصغر بكثير، فإن كثافة التخزين الخاصة بالأقراص الصلبة أعلى بكثير من ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية.

يحاول التخزين الألفي الجمع بين ميزات كلا الجانبين. مثل القرص الصلب، يخزن الألفي البيانات في وسط ويصل إلى البيانات عن طريق تحريك الوسط تحت الرأس. بشكل مشابه أيضًا للأقراص الصلبة، فإن الوسائط المادية للتخزين الألفي تخزن البت في مساحة صغيرة، ما يؤدي إلى كثافات تخزين عالية. غير حتى التخزين الألفي يستخدم الكثير من الرؤوس النانوية التي يمكنها القراءة والكتابة بالتوازي، ما يزيد من كمية البيانات المقروءة في وقت معين.

من الناحية الميكانيكية، يستخدم التخزين الألفي الكثير من مسابر القوة الذرية، جميع منها مسؤول عن قراءة وكتابة عدد كبير من البتات المرتبطة به. تخزَن هذه البتات على هيئة حفرة، أوغياب أحدها، في سطح المبلمر النشط حراريًا، الذي يترسب كطبقة رقيقة على حامل يُعهد بالمزلقة (sled). يمكن لأي مسبار واحد فقط قراءة مساحة صغيرة نسبيًا من المزلقة المتاحة له أوالكتابة عليها، والمعروفة باسم حقل التخزين. عادةً، تُحرَك المزلقة بحيث توضع البتات المحددة أسفل المسبار باستخدام مشغلات كهروميكانيكية. تشبه هذه المشغلات تلك التي تحدد مسقط رأس القراءة/الكتابة في قرص صلب نموذجي، ولكن المسافة العملية التي تم تحريكها ضئيلة بالمقارنة. تحرَك المزلقة في نمط مسح ضوئي لجلب البتات المطلوبة تحت المسبار، وهي عملية تُعهد بالمسح الضوئي س/ص.

تعد كمية الذاكرة المخدومة من قبل أي زوج واحد من حقل/مسبار صغيرة إلى حد ما، وكذلك حجمها العملي. بالتالي، تُستخدم الكثير من أزواج حقل/مسبار هذه في إنشاء جهاز ذاكرة، ويمكن نشر قراءة البيانات وكتابتها عبر الكثير من الحقول بالتوازي، ما يزيد من معدل التشغيل ويحسن أوقات الوصول. على سبيل المثال، تُخط قيمة مفردة ذات 32 بت في العادة كمجموعة من البتات الفردية المرسلة إلى 32 حقل مختلف. في الأجهزة التجريبية الأولية، هجرّب المسابر في شبكة 32×32 بإجمالي 1024 مسبار. نظرًا لأن هذا التخطيط بدا وكأنه أرجل لحيوان ألفية الأرجل، وُضع الاسم بناءً عليه. ينطوي تصميم المصفوفة الكابولية على خلق الكثير من الكابولات الميكانيكية، التي يجب هجريب المسبار عليها. تُصنع جميع الكابولات بالكامل من السيليكون، باستخدام تشغيل مكني ميكروي سطحي على سطح الرقاقة.

فيما يتعلق بإنشاء الفُرجات، أوالحفر، تحتفظ المبلمرات غير المتشابكة بدرجة حرارة زجاجية منخفضة، نحو120 درجة مئوية للبولي مثيل ميثاكريلات، وإذا سُخن طرف المسبار إلى أعلى من درجة حرارة الزجاج، فإنه يهجر فرجة صغيرة. تُنشأ الفُرجات بدقة جانبية تبلغ ثلاثة نانومتر. عن طريق تسخين المسبار مباشرة إلى جانب الفرجة، سينصهر المبلمر مرة أخرى ويملأ الفرجة، ما يمحوها. بعد الكتابة، يمكن استعمال رأس المسبار لقراءة الفرجات. إذا عوملت جميع فرجة على أنها وحدة بت واحدة، فيمكن نظريًا تحقيق كثافة تخزين تبلغ 0.9 تيرابايت/بوصة مربعة.

قراءة البيانات وكتابتها

يخزن جميع مسبار في مصفوفة كابولية البيانات ويقرؤها على نحوميكانيكي حراري، متناولًا وحدة بت واحدة في جميع مرة. لإجراء القراءة، يُسخن طرف المسبار إلى نحو300 درجة مئوية ويُنقل إلى قرب مزلقة البيانات. إذا كان المسبار فوق حفرة، فسيدفعه الكابول داخل الحفرة، ما يزيد المساحة السطحية الملامسة للمزلقة، وبالتالي يزيد التبريد مع تسرب الحرارة إلى المزلقة من المسبار. في حالة عدم وجود حفرة في ذلك المسقط، يبقى طرف المسبار ملامسًا للمزلقة فقط، وتتسرب الحرارة ببطء أكثر. تكون المقاومة الكهربائية للمسبار هي دالة لدرجة حرارته، وترتفع مع ازدياد في درجة الحرارة. بالتالي، عندما يقع المسبار في حفرة ويبرد، يسجل هذا كانخفاض في المقاومة. ستتُرجم المقاومة المنخفضة إلى وحدة بت تعادل «1» أو«0» بخلاف ذلك. في أثناء قراءة حقل تخزين كامل، يُسحب الطرف فوق السطح بالكامل وتُراقب تغييرات المقاومة باستمرار.

لكتابة بت، يُسخن طرف المسبار إلى درجة حرارة أعلى من درجة حرارة التحول الزجاجي للمبلمر المستخدم في تصنيع مزلقة البيانات، التي تُصنع عمومًا من زجاج أكريليكي (بولي مثيل ميثاكريلات). في هذه الحالة، تكون درجة حرارة التحول نحو400 درجة مئوية. لكتابة «1»، يُخفف المبلمر القريب من الطرف، ثم يمس الطرف برفق، ما يؤدي إلى تكوّن نقرة. لمحوالبت وإعادته إلى حالة الصفر، يُسحب الطرف من السطح بدلًا من ذلك، ما يسمح للتوتر السطحي بسحب السطح بشكل مستوي مرة أخرى. استخدمت النظم التجريبية القديمة مجموعة متنوعة من تقنيات المحوالتي كانت عمومًا أكثر استهلاكًا للوقت وأقل نجاحًا. قدمت هذه الأنظمة القديمة نحو100 ألف عملية محو، ولكن المراجع المتاحة لا تحتوي على معلومات كافية لتقول ما إذا تطور ذلك بتقنيات أحدث.

كما قد يتسقط المرء، فإن الحاجة إلى تسخين المسابر تتطلب قدرًا كبيرًا إلى حد ما من الطاقة للتشغيل العام. مع ذلك، يعتمد المقدار الدقيق على السرعة التي بها يتم الوصول إلى البيانات، إذ بمعدلات أبطأقد يكون التبريد أثناء القراءة أصغر، وكذلك عدد المرات التي يجب فيها تسخين المسبار إلى درجة حرارة أعلى للكتابة. عند التشغيل بمعدلات بيانات لا تتعدى القليل من الميغابتات في الثانية، من المتسقط حتى يستهلك التخزين الألفي نحو100 مللي واط، وهوفي نطاق تقنية الذاكرة الوميضية وأقل بكثير من الأقراص الصلبة. مع ذلك، تتمثل إحدى المزايا الرئيسية للتصميم الألفي في أنه متواز بدرجة كبيرة، ما يسمح له بالعمل بسرعات أعلى بكثير في نطاق  غيغابايت/ثانية. في هذه الأنواع من السرعات، قد يتسقط المرء متطلبات طاقة أكثر مطابقة للأقراص الصلبة الحالية، وفي الواقع، فإن سرعة نقل البيانات محدودة إلى نطاق الكيلوبت في الثانية للمسبار الفردي، والذي يصل إلى بضع ميغابتات لمصفوفة كاملة. أظهرت التجارب التي أجريت في مركز أبحاث آلمادن التابع لشركة آي بي أم حتى الأطراف الفردية يمكن حتى تدعم معدلات بيانات تصل إلى 1  أو2 ميغابت في الثانية، ما يوفر سرعات إجمالية في نطاق وحدات الغيغابايت/ثانية.

تطبيقات

طُرحت الذاكرة الألفية كنوع من أنواع ذاكرة الحاسوب غير المتطايرة التي كان الغرض منها حتى تتنافس مع الذاكرة الوميضية من حيث تخزين البيانات، وسرعة القراءة والكتابة، والحجم العملي للتكنولوجيا. غير حتى تكنولوجيات أخرى فاقت ذلك منذ ذلك الحين، وبالتالي لا يظهر أنها تكنولوجيا يجري السعي إلى تحقيقها حاليًا.

مراجع