الميليپيد

	أنواع ذاكرة الحاسوب
	Volatile
	DRAM, e.g. DDR SDRAM ; SRAM; القادم T-RAM; Z-RAM; TTRAM; ; التاريخي Delay line memory; Selectron tube; أنبوب وليامز; ;
	Non-volatile
	ROM PROM; EPROM; EEPROM; ; Flash memory; قادم FeRAM; MRAM; CBRAM; PRAM; SONOS; RRAM; Racetrack memory; NRAM; Millipede; ; تاريخياً Drum memory; Magnetic core memory; Plated wire memory; Bubble memory; Twistor memory; ;

ذات الألف قدم أوالميليپيد هى ذاكرة الحاسوب غير متطايرة المخزنة على حفر بمقياس نانومترى محفورة في سطح طبقة رقيقة من البوليمر ، وهى تتم قرائتها وكتابتها من قبل مجس مبنى على تقنية MEMS . وهى تعد بكتابة بيانات بكثافة أكثر من 1 تيرابت لكل بوصة مربعة أو(1 غيغابت في جميع مليمتر مربع) ، حوالي أربعة مرات كثافة التخزين المغناطيسية المتوفرة اليوم.

إن تقنية تكنولوجيا التخزين للميليپيد يجري السعي لجعلها بديلا محتملا للتسجيل المغناطيسي في محركات الأقراص الصلبة ، وفي الوقت نفسه التقليل من الحجم حتى تكاد تقارب حجم ذاكرات الفلاش آي بي إم قامت بعرض النموذج الأولى من جهاز التخزين في معرض CeBIT 2005 ، وكانت محاولة لجعل هذه التكنولوجيا متوفرة تجاريا بحلول نهاية عام 2007. وعندما يحين وقت إطلاقها ، فمن المحتمل حتى تكون أكثر تكلفة لكل ميغابايت من التقنيات السائدة ، ولكن هذا العيب يفترض أن يتوارى أملا حتى تقابله قدرة التخزين الضخمة التي يفترض أن تقدمها تقنية الميليپيد .

Optical micrograph of 64 × 64cantilever array chip and SEM images of the center of the array, one cantilever and a tip apex.

التقنية

الأسس الأولية

إن الذاكرة الرئيسية لأجهزة الكمبيوتر الحديثة قد شيدت من واحدة من عدد من ذاكرات الوصول العشوائى الديناميكية ويطلق عليها DRAM تتكون أساسا من سلسلة من مكثف ات ، التي تخزن البيانات على فرضية وجود أوعدم وجود الشحنات الكهربائية. جميع مكثف وما يرتبط بها من دوائر الرقابة ، ويشار إلىه كخلية ويحمل بتا واحدا ، والبتات يمكن قرائتها أوكتابتها في كتل كبيرة في نفس الوقت.

في اللقاء ، فإن الأقراص الصلبة تخزن البيانات على قرص معدني مغطى بالمواد المغناطيسية ؛ والبيانات تتمثل بمغنطة أجزاء من هذه المواد. والقراءة والكتابة ينجزها واحدا من "الرؤس" والذي ينتظر لطلب مسقط الذاكرة لتمريره تحت الرأس بينما يدور القرص. ونتيجة لذلك فإن الأداء يعد محددا بسرعة أداء محرك الأقراص ،وهوبشكل عام أبطأ مئات الآلاف من المرات من ذاكرات DRAM. ومع ذلك ، وكنتيجة لصغر حجم "الخلايا" في القرص الصلب , فإن الكثافة التخزينية أعلى بكثير من DRAM.

تخزين ذاكرات الميليپيد تحاول الجمع بين ميزات كلا من النظامين . مثل القرص الصلب ، فذاكرات الميليپيد تخزن البيانات في وسط "dumb" الذى يعد هي أبسط وأصغر من أية خلية تستخدم في الوسائط الإلكترونية. فإنه يصل إلى البيانات من خلال نقل الوسط تحت "الرأس" ووفقا لذلك . فإن ذاكرات الميليپيد ، تستخدم الكثير من الرؤس النانوية nanoscopic اللاتى يستطعن القراءة والكتابة بشكل متواز ، وبالتالي تحقيق زيادة كبيرة في الإنتاجية إلى النقطة التي يمكن حتى تتنافس مع بعض أشكال الذاكرة الإلكترونية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن وسائط تخزين ذاكرات الميليپيد تخزن البت الواحد في منطقة صغيرة جدا جدا. مما يؤدى إلى كثافة أعلى حتى من الأقراص الصلبة الحالية.

ومن الناحية الميكانيكية فإن ذاكرات الميليپيد، تستخدم الكثير من ، جميع واحدة منها مسئولة عن القراءة والكتابة لعدد كبير من البتات المرتبطة بها. والبت يتم تخزينها في حفرة ، أوالعكس لايتم التخزين ويعبر عنه بعدم وجود حفرة ، على سطح مادة حرارية تترسب على البوليمر النشط وهى تودع في طبقة رقيقة من ناقل يعهد باسم تزلج.

أي مسبار واحد يمكنه فقط القراءة أوالكتابة على منطقة صغيرة نسبيا للتزلج في المنطقة المتاحة له ، وهوالحقل التخزينى .وعادة ما يتم نقل مزلقة لمكان البتات المختارة بعمل المسبارباستخدام محركات كهربائية معززة مماثلة لتلك التي هى رؤس قراءة وكتابة في القرص الصلب النموذجي ، على الرغم من المسافة العملية هي مسافات صغيرة. ويتم نقل التزلج في نمط المسح الضوئي لتحقيق البتات المطلوبة تحت المسبار ، وهي عملية تعهد باسم س / ص مسح.

مقدار الذاكرة التي يخدمها في أي موضع/ مسبار هي صغيرة نسبيا ، ولكن ذلك هوحجمها المادي. مثل الكثير من موضع / مسبار تستخدم للتعبير عن ذاكرة الجهاز. بيانات القراءة والكتابة يمكن حتى تمتد إلى الكثير من المجالات بشكل متواز ، وزيادة الإنتاجية وتحسين الوصول مرات. على سبيل المثال ، قيمة واحدة من بيانات 32 بت عادة ما تكون مكتوبة على أنها مجموعة من بت واحد ترسل إلى إلى 32 موضع مختلف. في الأجهزة التجريبية الأولية ، كانت المسبارات تتحرك على شبكة أبعادها 32x32 لما مجموعه 1،024 مسبارا. ويشبه التصميم تماما سيقان ذلك الحيوان المدعو ذا الألف قدم ، فالتصق به الإسم.

تصميم مجموعة الكوابيل هوالجزء الأصعب ، لأنها تنطوي على خلق الكثير من الكابولي الميكانيكي ، الذي عليه يجب حتى تتحرك المسبارات وتكون محمولة. جميع الكابولي مصنوعة بالكامل من السيليكون وذلك باستخدام surface micromachining على سطح الرقاقة

قراءة وكتابة البيانات

المسبار في جميع مجموعة كوابيل يخزن ويقرأ البيانات بالطريقة الميكانيكية الحرارية، ويتم تناول بت واحد في وقت واحد.

لإنجاز قراءة ما، فإن رأس المسبار يسخن لنحو300 درجة مئوية ، وينتقل بالقرب من البيانات المزلقة. إذا كان المسباريقع فوق حفرة الكابولى يفترض أن يدفع به في حفرة ، ويزيد مساحة السطح المتصل بالمتزلج ، وهذا بدوره يزيد من التبريد كما تسرب الحرارة إلى مزلقة من المسبار. في حالة عدم وجود حفرة في هذا المكان ، سوى غيض جدا من المسبار لا يزال على اتصال مع تزلج ، وتسرب الحرارة بعيدا أكثر بطئا. المقاومة الكهربائية لجنة التحقيق هي وظيفة من درجة الحرارة ، مع الارتفاع المتزايد في درجات الحرارة. وبالتالي عندما التحقيق يسقط في حفرة ويبرد ، وهذا يسجل انخفاضا في المقاومة. سيكون هناك انخفاض المقاومة تترجم إلى "1" بت ، أو"0" بت على خلاف ذلك. أثناء قراءة حقل التخزين بأكملها ، غيض يتم سحب فوق سطح الأرض كله والتغيرات المقاومة هي تراقب باستمرار.

To write a bit, the tip of the probe is heated to a temperature above the glass transition temperature of the polymer used to manufacture the data sled, which is generally acrylic glass. In this case the transition temperature is around 400 °C. To write a "1", the polymer in proximity to the tip is softened, and then the tip is gently touched to it, causing a dent. To erase the bit and return it to the zero state, the tip is instead pulled up from the surface, allowing surface tension to pull the surface flat again. Older experimental systems used a variety of erasure techniques that were generally more time consuming and less successful. These older systems offered around 100,000 erases, but the available references do not contain enough information to say if this has been improved with the newer techniques.

As one might expect, the need to heat the probes requires a fairly large amount of power for general operation. However, the exact amount is dependent on the speed that data is being accessed; at slower rates the cooling during read is smaller, as is the number of times the probe has to be heated to a higher temperature to write. When operated at data rates of a few megabits per second, Millipede is expected to consume about 100 milliwatts, which is in the range of flash memory technology and considerably below hard drives. However, one of the main advantages of the Millipede design is that it is highly parallel, allowing it to run at much higher speeds into the GB/s. At these sorts of speeds one might expect power requirements more closely matching current hard drives.

Data transfer speed is limited to the kilobits-per-second range for an individual probe, which amounts to a few megabits for an entire array. Experiments done at IBM's Almaden Research Center showed that individual tips could support data rates as high as 1 - 2 megabits per second, potentially offering aggregate speeds in the GB/s range.

الحالة الراهنة للتقنية

التقدم في تقنيات محركات الميليپيد لتخزين البيانات إلى منتج تجاري مفيد كان أبطأ مما كان متسقطا. نظرا للتقدم الضخم في نظم التخزين الأخرى المتنافسة ، ولا سيما ذاكرات الفلاش والأقراص الصلبة ، قد جعلت من التقنية الحالية المعروضة غير جذابة للانتاج التجاري. إذا عصر تقنية الميليپيد على ما يظهر في سباق ، في محاولة لأن تنضج بسرعة كافية على مستوى معين من التكنولوجيا التي لم يكن تجاوز من قبل الأجيال الجديدة من التكنولوجيات القائمة في الوقت الذيقد يكون جاهزا للإنتاج.

فى أقدم جيل من تقنية محركات الميليپيد قد أستخدمت أدوات للسبر (مسبار) بقطرعشرة نانومترات و70نانومترا في الطول , وأنتجت حفرا بقطر تقريبا 40 نانومترات في حقول 92 ميكرومترا x 92&;nbsp ميكرومترا. مرتبة في 32 x 32 شبكة, والناتج 3 مم في 3 مم على رقاقة تقوم بتخزين 500 ميجابايت من البيانات أو62.5 ميجابايت, والناتج بكثافة مساحة ما يعبر عنه بعدد البتات لكل بوصة مربعة , وهذا يعادل تقريبا 200 جيجابايت/بوصة². آي بي إم في البداية طورت هذا الجهاز في عام 2003 ، وخططت ليعرض تجاريا في عام 2005. حتى الوقت الذى توشك فيه محركات الأقراص الصلبة , حتى تصل إلى 150 جبجابايت/البوصة², وقد تجاوزته منذ ذلك الحين .

المزيد من الأجهزة الحديثة قد عرضت في سيبت في عام 2005 قد تحسنت على التصميم الأساسي, بإستخدام رقاقاقات 64 x 64 كابولى تتميز 7 مم x 7 مم تزلج للبيانات, معززة لقدرة تخزينية البيانات تصل إلى قدرة 800 جيجابايت/البوصة² بإستخدام حفرا أدق. وتبدوحتى حجم البتات يمكن حتى ينكمش إلى حوالى 10 نانومترا, مما يؤدى إلى الكثافة النظرية المساحية ما يزيد قليلا عن 1 تيرابايت/البوصة². آي بي إم تخطط الآن لإدخال أجهزة تستند إلى هذا النوع من الكثافة في عام 2007. للمقارنة, إذا أحدث محركات أقراص صلبة بخاصية الإنضمام العمودى أوالإنضمام القائم الرأسى محركات الأقراص الصلبة التى تتميز بكثافة مساحية بناء على مواصفات 329 جيجابايت/بوصة², ويظهر أنه ستتجاوز حدود 1 تيرابايت/بوصة². حيث حتى الذاكرات المبنية على نوعية أشباه الموصلات تعطى قدرات أدنى بكثير مثلا,عشرة جيجابايت/بوصة² للذاكرات الوصول العشوائى الديناميكية وتقريبا 250 ميجابايت/بوصة² لذاكرات الفلاش للوصول العشوائى.

تتابعات الإستخدام

المحركات الميكروية

نظم محركات الميليپيد يمكن حتى تستخدم لمحركات الأقراص الصغيرة ، والذي سيضم شكل عاملا صغيرا جدا، مما يتيح استخدامها في الأجهزة الصغيرة مثل الساعات والهواتف المحمولة وأنظمة الوسائط الشخصية ، وفي نفس الوقت توفر سعة عالية. وكثافة عالية جدا بيانات نظم الميليپيد يجعلها جيدة جداومرشحة حتى تكون وضعت لهذا الاستخدام.

محركات الأقراص الصلبة ذات القدرات العالية

نظم محركات الميليپيد توفر بيانات عالية الكثافة وسرعة وصول متدنية للغاية ، وانخفاض استهلاك الطاقة ، وربما موثوقية عالية جدا. هذه الميزات تجعلهم مرشحين لبناء محركات صلبة ذات سعة عالية ، مع القدرة على التخزين في حدود التيرابايت. على الرغم من حتى كثافة البيانات لدى نظم محركات الميليپيد عالية ،فإن قدرة الأجهزة الفردية من المتسقط حتى تكون منخفضة نسبيا في الحدود واحد غيغا بايت. وبالتالي فإنه لإستبدال الأقراص الصلبة بمحركات الميليپيد من الممكن اقتصاديا فإن هذا يحتاج جمع نحو100 من الأجهزة الميليپيد في عبوة واحدة . [7]