Miksi perinteinen tallennus ei voi pysyä tekoälyn tahdissa: Mekaanisen tietojen tallennuksen tapa

Nykypäivän kehittyneet laskenta- ja tekoälyjärjestelmät vaativat enemmän tallennustilaa kuin koskaan. Siksi tiedontallennuksen alalla on viime vuosina otettu monia edistysaskeleita. Näihin edistysaskeliin kuuluvat uraauurtavien materiaalien ja uusien menetelmien hyödyntäminen. Tässä katsaus joihinkin uusimmista tiedontallennusmenetelmistä, joilla on potentiaalia mullistaa markkinat.

Tietojen tallennuksen kysyntä kasvaa.

Tiedontallennusratkaisujen kysyntä kasvaa edelleen koko toimialalla, sillä maailmanlaajuisesti on yli 9,000 5,000 datakeskusta. Erityisesti Yhdysvallat on palvelinkeskusten kärjessä, ja tällä hetkellä käytössä on yli XNUMX XNUMX datakeskusta. Nämä tilat ovat tärkeässä asemassa, jotta yritykset, käyttäjät ja hallitukset voivat seurata tärkeitä tietoja.

Cloud Storage johtaa pakettia

Analyytikot ennustavat pilvitallennusmarkkinoiden kasvavan 61 miljardista dollarista vuonna 2020 390 miljardiin dollariin vuoteen 2028 mennessä. Kasvu johtuu monista tekijöistä. Suorituskykyisten tekoälyalgoritmien lisääntynyt käyttö on kuitenkin yksi tärkeimmistä syistä, miksi pilvilaskentapalvelut ovat niin kysyttyjä. Nämä palvelut edellyttävät suurten tietomallien tallentamista ja käyttöä käytön aikana. Erityisesti tekoälyjärjestelmät vaativat suurempia malleja tarjotakseen enemmän palveluita. Tietojen tallennustarpeiden ennustetaan näin ollen jatkuvan.

Nykypäivän tiedontallennusmenetelmien ongelmat

Nykypäivän tallennuslaitteet toimivat hyvin ei-tekoälyjärjestelmissä, mutta ne eivät pysty tarjoamaan skaalautuvuutta, jota tarvitaan tehokkaimpien algoritmien tallentamiseen ja käyttämiseen. SSD-levyjen magneettinen rakeisuus rajoittaa niitä, kun taas flash-asemat ovat saavuttaneet fyysisen skaalautuvuuden rajansa. Jopa digitaaliset tallennusmenetelmät, kuten CD-levyt, kärsivät fyysisistä rajoituksista tiedontallennustilan suhteen.

Mekaaninen varastointi

Yksi säilytysmuoto, joka on viime aikoina herättänyt suurta kiinnostusta, ovat mekaaniset varastointimenetelmät. Tämä menetelmä käyttää pieniä sisennyksiä, jotka edustavat tietoja. IBM ja Intel ovat aiemmin tutkineet tätä tallennusmenetelmää sen mielenkiintoisten ominaisuuksien ja tiheiden tallennusominaisuuksien vuoksi.

Nykyään käytettävien mekaanisten säilytysmenetelmien ongelmia

Mekaanisten tallennuslaitteiden kehittämiseen ja testaamiseen panostettiin aiemmin paljon tutkimusta. Laitteet toimivat hyvin ja antoivat enemmän tiheyttä. Niillä oli kuitenkin monia haittoja, mukaan lukien synteesihaasteet, alhaiset pyyhkäisylämpötilat ja vakauden puute. Kuumennetun anturin käyttö monimutkaisi menettelyä entisestään, koska anturi vaati lisää energiaa ja heikensi turvallisuutta.

Korkeatiheyksisten polymeerien tietojen tallennustutkimus

Viime opiskella¹ Advanced Science -lehdessä julkaistu artikkeli esittelee uuden menetelmän suuritiheyksisten polymeerien luomiseksi ja käyttämiseksi tallennusvälineenä. Polymeeri on ihanteellinen tehtävään useista syistä. Ensinnäkin se tarjoaa tarvittavan fyysisen monipuolisuuden ja kemialliset ominaisuudet, joita tarvitaan työn suorittamiseen.

Lähde – Advanced Science

Esimerkiksi tietyillä polymeereillä on alhainen pinnan karheus ja ne voivat säilyttää muotonsa vääristymättä oikeissa olosuhteissa. Tämä tutkimus esittelee uuden polymeerimuodon, joka on luotu erityisesti tiedontallennustehtäviin nimeltä Flinders Polymer, joka on nimetty koulun mukaan, jossa se kehitettiin. Erityisesti tämä materiaali luotiin käyttämällä käänteistä vulkanointia rikin ja disyklopentadieenin yhdistämiseksi.

Nämä materiaalit ovat edullisia ja uusiutuvia. Sellaisenaan ne sopivat ihanteellisesti tiedontallennusjärjestelmän jatkuvaan kirjoittamiseen, poistamiseen ja uudelleenkirjoittamiseen. Lisäksi ne tarjoavat suuremman tallennustiheyden polymeeriin koodaamisen menetelmän ansiosta.

Nanomittakaavaiset sisennykset tietojen tallentamiseen

Tutkijat käyttivät nanomittakaavaisia ​​sisennyksiä datamerkintöjen tallentamiseen mikroskooppisella tasolla. Näiden syvennysten tekemiseen käytettiin atomivoimamikroskooppia. Sisennysten syvyys vaihteli välillä <1 - 30 nm, ja jokainen syvyys edusti eri datapistettä. Erityisesti tämä lähestymistapa mahdollistaa 4-kertaisen tallennustiheyden perinteisiin HD-levyihin verrattuna.

Kolmiosainen numeerinen koodausjärjestelmä

Lisättyjen tallennusominaisuuksien ytimessä on kolmiosainen koodausmenetelmä. Tämä koodausmenetelmä ylittää binäärijärjestelmät, jotka ovat rajoitettuja kahteen tilaan, 2 soluun ja 8 merkkiin. Kolmiosainen koodaus lisää uuden tilan, jolloin se voi edustaa 256 merkkiä 6561 solussa. Erityisesti sisennyksen syvyys mahdollistaa lisätietojen jakamisen.

Polymeeritietovaraston tyhjentäminen

Toinen tutkijoiden keskeinen huolenaihe oli varmistaa, että polymeeri voidaan helposti pyyhkiä ja kirjoittaa uudelleen. Tiimi havaitsi, että polymeeri tarjosi erinomaiset säilytysominaisuudet ja lämpö S─S-metateesin. He totesivat myös, että dynaamisen polysulfidiverkoston lämpö uudelleenjärjestely tapahtui, kun tarkka määrä lämpöä käytettiin.

Polymeeritietovaraston testaus

Tutkijat suorittivat useita testausvaiheita löytääkseen täydellisen polymeeriseoksen ja prosessit tehtäviin. He testasivat jokaista polymeerikoostetta nähdäkseen, oliko se muunnettavissa nanomittakaavassa. Lisäksi tiimi seurasi, kuinka AFM-uloke toimii materiaalien kanssa.

He havaitsivat, että uloke pystyi kohdistamaan monenlaisia ​​voimia (0.6–3.8 µN) ja vähentämään energian tarvetta. Erityisesti syvennysten levein osa mitattiin vain 15 ± 1 nm, mikä tekee niistä nanomittakaavan.

Testaa poistamista

Tutkijoiden oli vahvistettava, että uusi polymeeri voi onnistuneesti poistaa ja säilyttää uusia tietoja useita kertoja. Tämän ominaisuuden testaamiseksi tutkijat loivat 4 × 4 -sarjan syvennyksiä, joiden syvyys oli 18–27 nm. Sitten he rakensivat 7 kaksoisnäytettä, jotka pisaravalettiin ja kovetettiin piisubstraatille. Kaikki sisennykset poistettiin alle 2 minuutissa ensimmäisen testin aikana.

tulokset

Testauksen tulokset osoittavat uuden tiedontallennusjärjestelmän tehokkuuden. Insinöörit havaitsivat, että tietojen pyyhkimiseen ja uudelleenkirjoittamiseen kului vain sekunteja Filmersin polymeeri- ja lämpöpurskeilla. Lämpöpurkaukset olivat paljon pienempiä kuin aikaisemmat mekaaniset varastointitavat, jotka vaativat usein suuritehoisia lämmityselementtejä.

Insinööreillä kesti kuukausia tutkia kunkin säilytysyksikön sisennykset varmistaakseen, että ne pysyisivät oikein. Tiimi käytti AFM-kuvausta seuratakseen sisennyksissä ja tiedoissa tapahtuneita muutoksia. He havaitsivat, että heidän menetelmäään voidaan soveltaa myös ohuisiin polymeerilevyihin ja se voidaan rekisteröidä käyttämällä muita menetelmiä, kuten pyyhkäisyelektronimikroskooppia.

Mekaanisten säilytyslaitteiden edut

On olemassa useita etuja, jotka tekevät mekaanisista tallennuslaitteista erottumaan kilpailijoista. Ensinnäkin ne ovat toiminnallisesti yksinkertaisia. Useimmissa tapauksissa on jokin merkintä, joka edustaa tietoja. Nykyään mekaaniset akut toimivat nanomittakaavassa, mikä luo uuden tason tiheydelle.

Korkea tiheys

Tämän tyyppisen akun tärkein etu on suurempi tiheys. Nämä laitteet voivat tallentaa enemmän pienempään tilaan kolmikoodin käytön ansiosta. Mahdollisuus käyttää sisennyksen syvyyttä koodausmenetelmänä lisää yhtälöön toisen ulottuvuuden. Lisäksi nämä järjestelmät voivat integroida useita ulokkeita ja skannereita rinnakkaisen lukemisen ja kirjoittamisen mahdollistamiseksi.

halpa

Tämä vaihtoehtoinen tiedontallennusstrategia tarjoaa edullisen vaihtoehdon nykytilanteelle. Polymeerin pääkomponentit, rikki ja disyklopentadieeni, ovat edullisia ja helposti saatavilla. Tämän lähestymistavan alhaisemmat kustannukset tarkoittavat, että näitä järjestelmiä voidaan käyttää monilla eri teollisuudenaloilla.

Vähän energiaa

Toinen merkittävä etu tästä uudesta mekaanisesta varastointimenetelmästä on energiankulutuksen väheneminen. Toisin kuin edeltäjänsä, tämä varastointimenetelmä voidaan tehdä huoneenlämmössä. Siten se on turvallisempi, kuluttaa paljon vähemmän energiaa ja on kestävämpi.

Poistettu ja käytetty uudelleen

Filmers Polymer on osoittautunut erittäin joustavaksi, ja se voidaan pyyhkiä ja kirjoittaa uudelleen sekunneissa. Se on kevyt ja pystyy pitämään rakenteensa nanomittakaavassa, mikä mahdollistaa enemmän tietojen tallennusta pienemmässä tilassa.

Clean

Erityisesti tämä varastointimenetelmä tuottaa hyvin vähän sivutuotteita. Säilytysmateriaalit eivät poista rikkiä sulatuksen ja uudelleenkirjoituksen aikana. Tämä lähestymistapa varmisti myös, että varastointi tarjosi todellista kestävyyttä, mikä auttoi varmistamaan, että seuraavan sukupolven tekoälyjärjestelmät voivat tarjota hyödyllisiä palveluita aiheuttamatta korjaamatonta vahinkoa ekosysteemille.

Ongelmia osoitettava

On joitakin ongelmia, jotka insinöörien on ratkaistava tuodakseen mekaanisia tallennuslaitteitaan massoille. Ensinnäkin järjestelmä voi toimia vain ympäristöissä, jotka ovat alle pyyhkimislämpötilan. Jos tallennustila joutuu kosketuksiin ennalta määritetyn poistopisteen yläpuolella olevien lämpötilojen kanssa, kaikki tiedot menetetään. Tämäntyyppinen menetys voi tapahtua melkein missä tahansa tallennuslaitteessa, joka ylikuumenee. Polymeeritietojen tallennuslaitteen alhainen lämpötila kuitenkin ärsyttää asiaa ja on ensisijainen huolenaihe tutkijoille eteenpäin.

Tutkijat

Flindersin yliopiston Chalker Lab johti tutkimusta, ja Abigail Mann on mainittu ensimmäisenä kirjoittajana. Testaus suoritettiin yliopiston paikan päällä sijaitsevissa tutkimuslaitoksissa. Nyt tiimi pyrkii laajentamaan työtään ja tuomaan markkinoille suurtiheyksisiä mekaanisia akkuja. Osana tätä vaihetta he jatkavat erilaisten polymeerien tutkimista ja vaihtoehtoisten kirjoitusmenetelmien, kuten lasereiden ja nanopainatuslitografian, hyödyntämistä.

Yritykset, jotka voivat hyötyä Mechanical Data Storage Study -tutkimuksesta

Tiedontallennusmarkkinoilla on kilpailua, ja useat päätoimijat hallitsevat markkinoita. Nämä yritykset tarjoavat arvokkaita tallennusvaihtoehtoja, jotka auttavat tutkijoita, yrityksiä ja yksityishenkilöitä saamaan kaiken irti laskelmistaan. Tässä on yksi yritys, joka on viisaasti pystynyt integroimaan tämän teknologian ja kasvattamaan tuloja.

Data Storage Corporation

Data Storage Corporation (DTST ) tuli markkinoille vuonna 2001 tavoitteenaan tarjota edistyneitä tallennusvaihtoehtoja. Tämä Delawaressa toimiva teknologiayritys syntyi Emergent LLC:n fuusion tuloksena. Tämä fuusio laajensi yrityksen tarjontaa ja auttoi sitä saamaan jalansijaa laajakaistapalvelusektorilla.

Nykyään Data Storage Corporation on johtava datapalveluiden tarjoaja, mukaan lukien ulkoiset varmuuskopiot ja muut. Yrityksen palvelut ovat auttaneet yrityksiä toipumaan suurista tappioista ja jopa luonnonkatastrofeista. Sellaisenaan se on säilyttänyt vahvan aseman markkinoilla ja sillä on strategisia kumppanuuksia suurten teknologiayritysten, kuten Microsoftin, kanssa.

Yrityksen tuotteisiin kuuluu joukko skaalautuvia yritystason resursseja, kuten ezHost. exVault-vaihtoehto tarjoaa yrityksille redundanssia ja edistynyttä salausta, mikä antaa niille mahdollisuuden laajentaa toimintaansa ja pitää käyttäjätiedot turvassa. Tarjolla on myös ezRecovery-vaihtoehto, joka virtaviivaistaa yrityksesi elvyttämistä suurten katastrofien tai tapahtumien jälkeen.

Jos Data Storage Corp voisi integroida uusimman mekaanisen akkutekniikan tarjontaansa, heidän asiakkaat saisivat parempia palveluja ja yritys voisi vähentää kustannuksia. Lisääntynyt varastointitiheys antaisi yritykselle mahdollisuuden tarjota 4x enemmän varastointia nykyisistä tiloistaan, mikä nostaisi ROI:t uusiin korkeuksiin.

Lisäakut, joista kannattaa oppia

Tutkijoiden yrityksiä täydellisen tallennuslaitteen valmistamiseksi on ollut runsaasti. Vaikka mikään niistä ei ole saavuttanut täydellisyyttä, innovaatioita on tapahtunut huomattavasti. Tässä on muutamia muita hienoja tallennusmenetelmiä, jotka voisivat mullistaa markkinoita tulevaisuudessa ja tarjota nykypäivän elektroniikalle supermuistia.

Happipohjainen muisti

Tämä varastointimenetelmä hyödyntää happimolekyylejä niiden liikkuessa esiasetettujen muistikerrosten välillä. Nämä kerrokset on valmistettu tantaalioksidista, metalli-tantaalista ja kolmesta platinaelektrodista, jotka siirtävät O3:ta kerrosten välillä. Tällä mekaanisen varastoinnin menetelmällä on suuri etu, koska lämpötilat eivät poista sitä, joten se on ihanteellinen äärimmäisiin olosuhteisiin, joissa lämpö olisi normaalisti ongelmallista.

kiteet

Tutkijat ovat viime aikoina tutkineet kiteiden käyttöä tallennusvälineinä. Kiteillä on joitain ominaisuuksia, jotka voivat parantaa tallennusominaisuuksia. Ensinnäkin ne ovat erittäin jäykkiä ja rakenteeltaan atomitasolla. Tämä järjestelmä käyttää ultranopeita lasereita syöttämään tiedot tarkasti nanorakenteisiin onteloihin piikiteen sisällä, mikä tarjoaa lämmönkestävän varastoinnin.

ruutu

Ryhmä innovatiivisia tutkijoita havaitsi, että timantit voisivat tarjota samanlaisia ​​säilytysominaisuuksia kuin kiteet. Toisin kuin kiteet, timanttien varastointi perustuu timantin keskivärin muuttamiseen sähkövarauksen avulla. Kuten kiteet, timanttikoodattu data on erittäin lämpöä ja aikaa kestävää.

Mekaaninen tietojen tallennus – onko se tulevaisuutta?

On monia syitä, miksi mekaaninen varastointi voisi olla tulevaisuuden tie. Ensinnäkin lisätty tiheys mahdollistaa enemmän säilytystä pienemmällä tilassa. Sellaisenaan elektroniikka voi pienentyä ja tehostaa näitä esineitä käyttämällä. Lisäksi nämä laitteet ovat kestäviä ja maksavat vähemmän kuin vaihtoehdot. Kaikki nämä tekijät lisäävät edelleen kiinnostusta uusia tiedontallennusmenetelmiä ja niiden valmistajia kohtaan.

Opi muista tietojenkäsittelyn hienoista edistysaskeleista nyt.

Tutkimusviite:

^{1. Kim, S., et ai. (2025). Akrobatiaa hyönteismittakaavassa: Kestävä, tarkka ja ketterä mikroilmarobotti. Tiederobotiikka, 10, eadp4256. https://doi.org/10.1126/scirobotics.adp4256}