परम्परागत स्टोरेज क्यों एआई के साथ ताल नहीं मिला सकता: मैकेनिकल डेटा स्टोरेज का मामला

आज की उन्नत कंप्यूटिंग और एआई सिस्टमों को पहले से अधिक स्टोरेज की आवश्यकता है। इस कारण, पिछले कुछ वर्षों में डेटा स्टोरेज क्षेत्र में कई प्रगति हुई है। इन उन्नतियों में क्रांतिकारी सामग्री और नई विधियों का उपयोग शामिल है। यहाँ कुछ नवीनतम डेटा स्टोरेज विधियों को देखा गया है जिनमें बाजार को बदलने की संभावना है।

डेटा स्टोरेज की मांग में वृद्धि.

डेटा स्टोरेज समाधान की मांग उद्योग भर में लगातार बढ़ रही है, जहाँ विश्वभर में 9,000 से अधिक डेटा सेंटर हैं। विशेष रूप से, डेटा सेंटरों की संख्या में अमेरिका सबसे आगे है, जिसमें वर्तमान में 5,000 से अधिक संचालित हो रहे हैं। ये सुविधाएँ व्यवसायों, उपयोगकर्ताओं और सरकारों को महत्वपूर्ण जानकारी को ट्रैक करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं।

क्लाउड स्टोरेज सबसे आगे

विश्लेषकों का अनुमान है कि क्लाउड स्टोरेज बाजार 2020 में $61 बिलियन से बढ़कर 2028 तक $390 बिलियन हो जाएगा। इस वृद्धि के कई कारण हैं। हालांकि, उच्च-प्रदर्शन एआई एल्गोरिदम के बढ़ते उपयोग को क्लाउड कंप्यूटिंग सेवाओं की उच्च मांग का मुख्य कारण माना जाता है। इन सेवाओं को संचालन के दौरान बड़े डेटा मॉडल को सहेजने और एक्सेस करने की आवश्यकता होती है। विशेष रूप से, एआई सिस्टम अधिक सेवाएँ प्रदान करने के लिए बड़े मॉडल की आवश्यकता रखते हैं। इस प्रकार, डेटा स्टोरेज की जरूरतों में निरंतर वृद्धि की भविष्यवाणी की गई है।

आज की डेटा स्टोरेज विधियों की समस्याएँ

आज के स्टोरेज डिवाइस गैर-एआई सिस्टमों के लिए ठीक काम करते हैं, लेकिन वे सबसे प्रभावी एल्गोरिदम को संग्रहीत और संचालित करने के लिए आवश्यक स्केलेबिलिटी प्रदान नहीं कर सकते। सॉलिड-स्टेट ड्राइव्स अपने मैग्नेटिक ग्रेन द्वारा सीमित हैं, जबकि फ्लैश ड्राइव्स ने अपनी भौतिक स्केलिंग सीमा तक पहुँच बना ली है। यहाँ तक कि सीडी जैसे डिजिटल स्टोरेज विधियों को डेटा स्टोरेज स्थान के संदर्भ में भौतिक सीमाओं का सामना करना पड़ता है।

मैकेनिकल स्टोरेज

एक प्रकार का स्टोरेज जो हाल ही में काफी रुचि प्राप्त कर रहा है, वह मैकेनिकल स्टोरेज विधियाँ हैं। यह विधि डेटा को दर्शाने वाले छोटे इंडेंट्स का उपयोग करती है। इस स्टोरेज विधि को इसके रोचक गुणों और उच्च घनत्व वाली स्टोरेज क्षमताओं के कारण IBM और Intel (INTC ) ने पहले भी अध्ययन किया है।

आज उपयोग की जा रही मैकेनिकल स्टोरेज विधियों की समस्याएँ

भूतकाल में मैकेनिकल स्टोरेज डिवाइसों के विकास और परीक्षण में बहुत शोध किया गया था। ये डिवाइस अच्छी तरह काम करते थे और अधिक घनत्व प्रदान करते थे। हालांकि, इनके कई नुकसान थे, जैसे संश्लेषण में चुनौतियाँ, कम इरेज़िंग तापमान, और स्थिरता की कमी। एक गरम प्रोब का उपयोग प्रक्रिया को और जटिल बना देता है क्योंकि प्रोब को अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है और सुरक्षा कम हो जाती है।

उच्च-घनत्व पॉलीमर डेटा स्टोरेज अध्ययन

हाल ही में जर्नल एडवांस्ड साइंस में प्रकाशित एक अध्ययन¹ ने उच्च-घनत्व पॉलीमर को स्टोरेज माध्यम के रूप में बनाने और उपयोग करने की एक नई विधि प्रस्तुत की है। कई कारणों से यह पॉलीमर इस कार्य के लिए आदर्श है। सबसे पहले, यह आवश्यक भौतिक लचीलापन और रासायनिक विशेषताएँ प्रदान करता है जो कार्य को पूरा करने के लिए आवश्यक हैं।

स्रोत – एडवांस्ड साइंस

उदाहरण के लिए, विशिष्ट पॉलीमर की सतह रफ़रता कम होती है और सही परिस्थितियों में बिना विकृति के अपना आकार बनाए रख सकते हैं। इस अध्ययन ने एक नया प्रकार का पॉलीमर प्रस्तुत किया है जिसे विशेष रूप से डेटा स्टोरेज कार्यों के लिए बनाया गया है, जिसे फ्लिंडर्स पॉलीमर कहा जाता है, जो उस स्कूल के नाम पर रखा गया है जहाँ इसे विकसित किया गया था। विशेष रूप से, इस सामग्री को उल्टा वल्कनीकरण (inverse vulcanization) का उपयोग करके सल्फर और डाइसाइक्लोपेंटाडीन को मिलाकर बनाया गया है।

ये सामग्री कम लागत वाली और नवीकरणीय हैं। इसलिए, वे डेटा स्टोरेज सिस्टम द्वारा निरंतर लिखने, मिटाने और पुनः लिखने के लिए आदर्श हैं। अतिरिक्त रूप से, डेटा को पॉलीमर में एन्कोड करने की विधि के कारण वे अधिक स्टोरेज घनत्व प्रदान करती हैं।

डेटा स्टोरेज के लिए नैनोस्केल इंडेंट्स

शोधकर्ताओं ने डेटा चिह्नों को माइक्रोस्कोपिक स्तर पर संग्रहीत करने के लिए नैनोस्केल इंडेंट्स का उपयोग किया। इन इंडेंटेशन को बनाने के लिए एटॉमिक फोर्स माइक्रोस्कोप का उपयोग किया गया। इंडेंट की गहराई <1 से 30 नैनोमीटर तक थी, जहाँ प्रत्येक गहराई एक अलग डेटा बिंदु का प्रतिनिधित्व करती है। विशेष रूप से, यह विधि पारंपरिक हार्ड ड्राइव की तुलना में 4 गुना अधिक डेटा स्टोरेज घनत्व सक्षम करती है।

त्रिआधारी संख्यात्मक कोडिंग प्रणाली

वृद्धित स्टोरेज क्षमताओं के मूल में त्रिआधारी एन्कोडिंग विधि है। यह एन्कोडिंग विधि बाइनरी सिस्टम से आगे है, जो 2 स्थितियों, 8 कोशिकाओं और 256 अक्षरों तक सीमित रहता है। त्रिआधारी कोडिंग एक अतिरिक्त स्थिति जोड़ती है, जिससे 8 कोशिकाओं में 6561 अक्षरों का प्रतिनिधित्व संभव हो जाता है। विशेष रूप से, इंडेंट की गहराई अतिरिक्त जानकारी को साझा करने की अनुमति देती है।

पॉलीमर डेटा स्टोरेज का इरेज़िंग

शोधकर्ताओं के लिए एक और प्रमुख चिंता यह सुनिश्चित करना था कि पॉलीमर को आसानी से मिटाया और पुनः लिखा जा सके। टीम ने पाया कि पॉलीमर उत्कृष्ट स्टोरेज क्षमताएँ और थर्मल S─S मेटाथेसिस प्रदान करता है। साथ ही, उन्होंने नोट किया कि जब सटीक मात्रा में गर्मी लागू की गई, तो डायनामिक पॉलीसल्फाइड नेटवर्क का थर्मल पुनर्गठन हुआ।

पॉलीमर डेटा स्टोरेज का परीक्षण

शोधकर्ताओं ने कार्यों के लिए उपयुक्त पॉलीमर मिश्रण और प्रक्रियाओं को खोजने के लिए कई परीक्षण चरण पूरे किए। उन्होंने प्रत्येक पॉलीमर संरचना का परीक्षण किया कि क्या इसे नैनोस्केल पर संशोधित किया जा सकता है। अतिरिक्त रूप से, टीम ने एएफएम कैंटिलिवर के सामग्री के साथ संचालन को मॉनिटर किया।

उन्होंने पाया कि कैंटिलिवर 0.6–3.8 µN की विस्तृत शक्ति सीमा लागू कर सकता है और ऊर्जा की आवश्यकता को कम करता है। विशेष रूप से, इंडेंट का सबसे चौड़ा भाग केवल 15 ± 1 नैनोमीटर मापा गया, जिससे यह नैनोस्केल बनता है।

इरेज़ का परीक्षण

शोधकर्ताओं को यह पुष्टि करनी थी कि नया पॉलीमर कई बार सफलतापूर्वक डेटा को मिटा और नया डेटा रख सकता है। इस सुविधा का परीक्षण करने के लिए, शोधकर्ताओं ने 18–27 नैनोमीटर गहराई वाले 4 × 4 इंडेंटेशन एरे बनाए। फिर उन्होंने 7 डुप्लिकेट नमूने बनाए जो सिलिकॉन सब्सट्रेट पर ड्रॉप-कास्ट और क्योर किए गए। सभी इंडेंट पहले परीक्षण के दौरान 2 मिनट से कम समय में मिटाए गए।

परिणाम

परीक्षण के परिणाम नई डेटा स्टोरेज प्रणाली की दक्षता को दर्शाते हैं। इंजीनियरों ने पाया कि फ़िल्मर्स पॉलीमर और हीट बर्स्ट्स का उपयोग करके डेटा को मिटाने और पुनः लिखने में केवल सेकंड लगते हैं। हीट बर्स्ट्स पहले की मैकेनिकल स्टोरेज विधियों की तुलना में बहुत कम थे, जिनमें अक्सर उच्च शक्ति वाले हीटिंग एलिमेंट्स की आवश्यकता होती थी।

इंजीनियरों ने प्रत्येक स्टोरेज यूनिट के इंडेंट्स का अध्ययन करने में कई महीने लगाए ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि वे सटीक रहें। टीम ने एएफएम इमेजिंग का उपयोग करके इंडेंट्स और डेटा में किसी भी परिवर्तन की निगरानी की। उन्होंने पाया कि उनकी विधि को पतली पॉलीमर शीट्स पर भी लागू किया जा सकता है और इसे स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप जैसी अन्य विधियों से पंजीकृत किया जा सकता है।

मैकेनिकल स्टोरेज डिवाइसों के लाभ

कई लाभ हैं जो मैकेनिकल स्टोरेज डिवाइसों को प्रतिस्पर्धा से अलग बनाते हैं। सबसे पहले, ये संचालन में सरल हैं। अधिकांश मामलों में, डेटा का प्रतिनिधित्व करने वाला कोई न कोई चिह्न होता है। आज, मैकेनिकल बैटरियां नैनोस्केल पर कार्य करती हैं, जिससे घनत्व का नया स्तर बनता है।

उच्च घनत्व

इस प्रकार की बैटरी का मुख्य लाभ उच्च घनत्व है। त्रिआधारी कोड के उपयोग के कारण ये डिवाइस कम स्थान में अधिक डेटा संग्रहीत कर सकते हैं। इंडेंट की गहराई को कोडिंग विधि के रूप में उपयोग करने से समीकरण में एक अतिरिक्त आयाम जुड़ता है। अतिरिक्त रूप से, ये सिस्टम कई कैंटिलिवर और स्कैनर को एकीकृत करके समानांतर पढ़ने और लिखने को सक्षम कर सकते हैं।

कम लागत वाला

यह वैकल्पिक डेटा स्टोरेज रणनीति मौजूदा स्थिति की तुलना में कम लागत वाला विकल्प प्रदान करती है। पॉलीमर के मुख्य घटक, सल्फर और डाइसाइक्लोपेंटाडीन, किफायती और आसानी से उपलब्ध हैं। इस दृष्टिकोण की कम लागत का मतलब है कि इन सिस्टमों को विभिन्न उद्योगों में उपयोग किया जा सकता है।

कम ऊर्जा

इस नई मैकेनिकल स्टोरेज विधि से प्राप्त एक और प्रमुख लाभ ऊर्जा खपत में कमी है। अपने पूर्ववर्ती के विपरीत, इस स्टोरेज विधि को कमरे के तापमान पर किया जा सकता है। इसलिए, यह अधिक सुरक्षित है, बहुत कम ऊर्जा का उपयोग करता है, और अधिक टिकाऊ है।

मिटाया गया और पुनः उपयोग

फ़िल्मर्स पॉलीमर अत्यधिक लचीला साबित हुआ है और इसे सेकंडों में मिटाया और पुनः लिखा जा सकता है। यह हल्का है और नैनोस्केल पर अपनी संरचना बनाए रख सकता है, जिससे कम स्थान में अधिक डेटा स्टोरेज संभव हो जाता है।

स्वच्छ

विशेष रूप से, यह स्टोरेज विधि बहुत कम उप-उत्पाद उत्पन्न करती है। स्टोरेज बनाने वाली सामग्री पिघलने और पुनः लिखने की प्रक्रिया के दौरान कोई सल्फर नहीं छोड़ती। यह दृष्टिकोण यह भी सुनिश्चित करता है कि स्टोरेज वास्तविक स्थिरता प्रदान करे, जिससे अगली पीढ़ी के एआई सिस्टम उपयोगी सेवाएँ प्रदान कर सकें बिना पारिस्थितिकी तंत्र को अपरिवर्तनीय नुकसान पहुँचाए।

समाधान के लिए मुद्दे

ऐसे कुछ मुद्दे हैं जिन्हें इंजीनियरों को अपने मैकेनिकल स्टोरेज डिवाइसों को व्यापक रूप से लाने के लिए संबोधित करना होगा। सबसे पहले, सिस्टम केवल इरेज़िंग तापमान से नीचे के वातावरण में ही काम कर सकता है। यदि स्टोरेज निर्धारित इरेज़ पॉइंट से ऊपर के तापमान के संपर्क में आता है, तो सभी डेटा खो जाएगा। यह प्रकार का नुकसान लगभग किसी भी ओवरहीट होने वाले स्टोरेज डिवाइस में हो सकता है। हालांकि, पॉलीमर डेटा स्टोरेज डिवाइस का कम तापमान इस समस्या को बढ़ाता है और आगे के शोधकर्ताओं के लिए मुख्य चिंता का विषय है।

शोधकर्ता

फ़्लिंडर्स विश्वविद्यालय के चॉकर लैब ने इस अध्ययन का नेतृत्व किया, जिसमें एबिगेल मान को प्रथम लेखक के रूप में सूचीबद्ध किया गया। परीक्षण कॉलेज की ऑन-साइट अनुसंधान सुविधाओं में किया गया। अब, टीम अपने कार्य को विस्तारित करके उच्च-घनत्व मैकेनिकल बैटरियों को बाजार में लाने की कोशिश कर रही है। इस चरण के हिस्से के रूप में, वे विभिन्न पॉलीमर पर शोध जारी रखेंगे और वैकल्पिक लेखन विधियों की जाँच करेंगे, जिसमें लेज़र और नैनोइम्प्रिंट लिथोग्राफी का उपयोग शामिल है।

मैकेनिकल डेटा स्टोरेज अध्ययन से लाभान्वित हो सकने वाली कंपनियाँ

डेटा स्टोरेज बाजार प्रतिस्पर्धी है, जिसमें कई प्रमुख खिलाड़ी बाजार पर हावी हैं। ये फर्म मूल्यवान स्टोरेज विकल्प प्रदान करती हैं जो शोधकर्ताओं, व्यवसायों और व्यक्तियों को उनके गणनाओं से अधिकतम लाभ प्राप्त करने में मदद करती हैं। यहाँ एक कंपनी है जो इस तकनीक को एकीकृत करने और राजस्व बढ़ाने के लिए समझदारी से स्थित है।

Data Storage Corporation

The Data Storage Corporation (DTST ) ने 2001 में उन्नत स्टोरेज विकल्प प्रदान करने के लक्ष्य के साथ बाजार में प्रवेश किया। यह डेलावेयर-आधारित टेक फर्म इमर्जेंट LLC के साथ विलय से बनी थी। इस विलय ने कंपनी की पेशकशों का विस्तार किया और इसे ब्रॉडबैंड सेवा क्षेत्र में एक ठोस स्थान दिलाया।

आज, Data Storage Corporation डेटा सेवाओं का प्रमुख प्रदाता है, जिसमें ऑफसाइट बैकअप और अन्य सेवाएँ शामिल हैं। कंपनी की सेवाओं ने व्यवसायों को बड़े नुकसान और यहाँ तक कि प्राकृतिक आपदाओं से उबरने में मदद की है। इस प्रकार, इसने बाजार में मजबूत स्थिति बनाए रखी है और माइक्रोसॉफ्ट जैसी प्रमुख टेक फर्मों के साथ रणनीतिक साझेदारियाँ स्थापित की हैं।

कंपनी के उत्पादों में स्केलेबल एंटरप्राइज़-ग्रेड संसाधनों की एक विस्तृत श्रृंखला शामिल है, जैसे ezHost। exVault विकल्प कंपनियों को रिडंडेंसी और उन्नत एन्क्रिप्शन प्रदान करता है, जिससे वे संचालन का विस्तार कर सकते हैं और उपयोगकर्ता डेटा को सुरक्षित रख सकते हैं। एक ezRecovery विकल्प भी है जो बड़े आपदाओं या घटनाओं के बाद आपके व्यवसाय को जल्दी से पुनः स्थापित करने को सरल बनाता है।

यदि Data Storage Corp अपने प्रस्तावों में नवीनतम मैकेनिकल बैटरी तकनीक को एकीकृत कर सके, तो उनके ग्राहकों को बेहतर सेवाएँ मिलेंगी, और फर्म लागत कम कर सकेगी। अतिरिक्त स्टोरेज घनत्व कंपनी को अपनी वर्तमान सुविधाओं से 4 गुना अधिक स्टोरेज प्रदान करने में सक्षम करेगा, जिससे ROI नई ऊँचाइयों तक पहुँच जाएगा।

सीखने योग्य अतिरिक्त बैटरियाँ

शोधकर्ताओं द्वारा परिपूर्ण स्टोरेज डिवाइस बनाने के कई प्रयास हुए हैं। जबकि कोई भी पूर्णता तक नहीं पहुंचा है, उल्लेखनीय नवाचार हुए हैं। यहाँ कुछ अन्य आकर्षक स्टोरेज विधियाँ हैं जो भविष्य में बाजार को पुनः आकार दे सकती हैं और आज के इलेक्ट्रॉनिक्स को सुपर मेमोरी प्रदान कर सकती हैं।

ऑक्सीजन-आधारित मेमोरी
यह स्टोरेज विधि ऑक्सीजन अणुओं का उपयोग करती है जो पूर्वनिर्धारित मेमोरी लेयरों के बीच गति करते हैं। ये लेयर टैंटैलम ऑक्साइड, धातु टैंटैलम और 3 प्लेटिनम इलेक्ट्रोड से बने होते हैं जो O2 को लेयरों के बीच ले जाते हैं। इस मैकेनिकल स्टोरेज विधि का मुख्य लाभ यह है कि तापमान इसे नहीं मिटाता, जिससे यह अत्यधिक परिस्थितियों में आदर्श बन जाता है जहाँ गर्मी सामान्यतः समस्या पैदा करती है।

क्रिस्टल्स
शोधकर्ताओं ने हाल ही में क्रिस्टल्स को स्टोरेज डिवाइस के रूप में उपयोग करने पर अध्ययन किया है। क्रिस्टल्स में कुछ विशेषताएँ हैं जो स्टोरेज क्षमताओं को सुधार सकती हैं। सबसे पहले, वे बहुत कठोर और परमाणु स्तर पर संरचित होते हैं। यह प्रणाली अल्ट्रा-फ़ास्ट लेज़र का उपयोग करके सिलिका क्रिस्टल के भीतर नैनो-संरचित रिक्तियों में डेटा को सटीक रूप से अंकित करती है, जिससे हीट-रेज़िस्टेंट स्टोरेज प्रदान होता है।

हीरे
एक नवाचारी शोधकर्ताओं की टीम ने पाया कि हीरे क्रिस्टल्स के समान स्टोरेज क्षमताएँ प्रदान कर सकते हैं। क्रिस्टल्स के विपरीत, हीरे की स्टोरेज इलेक्ट्रिकल चार्ज का उपयोग करके हीरे के केंद्र रंग को बदलने पर निर्भर करती है। क्रिस्टल्स की तरह, हीरे में एन्कोड किया गया डेटा अत्यधिक हीट और समय प्रतिरोधी होता है।

मैकेनिकल डेटा स्टोरेज – क्या यह भविष्य है?

मैकेनिकल स्टोरेज के भविष्य में होने के कई कारण हैं। सबसे पहले, अतिरिक्त घनत्व कम स्थान में अधिक स्टोरेज सक्षम करता है। इस प्रकार, इलेक्ट्रॉनिक्स इन वस्तुओं का उपयोग करके छोटे और अधिक शक्तिशाली बन सकते हैं। साथ ही, ये डिवाइस टिकाऊ हैं और विकल्पों की तुलना में कम लागत वाले हैं। इन सभी कारकों से नई डेटा स्टोरेज विधियों और उनके निर्माताओं में रुचि लगातार बढ़ती रहती है।

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अध्ययन संदर्भ:

^{1. Kim, S., et al. (2025). कीट पैमाने पर एक्रोबेटिक्स: एक टिकाऊ, सटीक, और चपल माइक्रो‑एरियल रोबोट। Science Robotics, 10, eadp4256. https://doi.org/10.1126/scirobotics.adp4256}