Waarom traditionele opslag AI niet kan bijhouden: Het geval voor mechanische gegevensopslag

Vandaag vereisen geavanceerde computer- en AI‑systemen meer opslag dan ooit. Daarom zijn er de afgelopen jaren veel stappen gezet in de sector voor gegevensopslag. Deze vooruitgangen omvatten het gebruik van baanbrekende materialen en nieuwe methoden. Hieronder een overzicht van enkele van de nieuwste opslagmethoden met het potentieel de markt te verstoren.

Data Storage Demand on the Rise.

De vraag naar oplossingen voor gegevensopslag blijft in de hele industrie groeien, met meer dan 9.000 datacenters wereldwijd. Opmerkelijk is dat de VS koploper is wat betreft datacenters, met momenteel meer dan 5.000 in bedrijf. Deze faciliteiten spelen een cruciale rol bij het mogelijk maken dat bedrijven, gebruikers en overheden belangrijke informatie kunnen bijhouden.

Cloud Storage Leads the Pack

Analisten voorspellen dat de cloud‑opslagmarkt zal groeien van $61 miljard in 2020 naar $390 miljard in 2028. Deze groei kan aan vele factoren worden toegeschreven. Een van de belangrijkste redenen is echter het toenemende gebruik van high‑performance AI‑algoritmen, waardoor cloud‑computerdiensten enorm in trek zijn. Deze diensten vereisen grote datamodellen die tijdens de werking moeten worden opgeslagen en benaderd. AI‑systemen hebben bovendien grotere modellen nodig om meer diensten te leveren. Hierdoor zullen de behoeften aan gegevensopslag naar verwachting blijven toenemen.

Problems with Today’s Data Storage Methods

De opslagapparaten van vandaag werken goed voor niet‑AI‑systemen, maar ze kunnen de schaalbaarheid die nodig is voor de meest geavanceerde algoritmen niet bieden. Solid‑state‑drives worden beperkt door hun magnetische korrels, terwijl flash‑drives hun fysieke schaallimieten hebben bereikt. Zelfs digitale opslagmethoden zoals cd’s ondervinden fysieke beperkingen qua opslagcapaciteit.

Mechanical Storage

Een vorm van opslag die recent veel belangstelling heeft gekregen, zijn mechanische opslagmethoden. Deze methode maakt gebruik van kleine inkepingen die data vertegenwoordigen. Deze opslagmethode is in het verleden door IBM en Intel (INTC ) onderzocht vanwege de interessante eigenschappen en de hoge dichtheid.

Problems with Mechanical Storage Methods Used Today

Er is veel onderzoek gedaan naar de ontwikkeling en het testen van mechanische opslagapparaten. De apparaten functioneerden goed en boden meer dichtheid. Ze hadden echter tal van nadelen, waaronder uitdagingen bij de synthese, lage verwijderings‑temperaturen en een gebrek aan stabiliteit. Het gebruik van een verwarmde sonde maakte de procedure nog ingewikkelder, omdat de sonde meer energie vereiste en de veiligheid verminderde.

High-Density Polymer Data Storage Study

Een recente studie¹ gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Science introduceert een nieuwe methode om hoog‑dichte polymeren als opslagmedium te creëren en te gebruiken. Het polymeer is om verschillende redenen ideaal voor deze taak. Ten eerste biedt het de benodigde fysieke veelzijdigheid en chemische eigenschappen die nodig zijn om het werk te voltooien.

Bron – Advanced Science

Zo hebben specifieke polymeren een lage oppervlakteruwheid en kunnen ze hun vorm behouden zonder vervorming onder de juiste omstandigheden. Deze studie introduceert een nieuwe vorm polymeer die specifiek voor gegevensopslag is ontwikkeld, genaamd Flinders Polymer, vernoemd naar de school waar het is ontwikkeld. Opmerkelijk is dat dit materiaal is gecreëerd met behulp van inverse vulcanisatie om zwavel en dicyclopentadieen te combineren.

Deze materialen zijn goedkoop en hernieuwbaar. Daardoor zijn ze ideaal voor het constante schrijven, wissen en herschrijven dat het opslagsysteem moet uitvoeren. Bovendien bieden ze een hogere opslagdichtheid dankzij de manier waarop de data in het polymeer wordt gecodeerd.

Nanoscale Indents for Data Storage

Onderzoekers maakten gebruik van nanoschaal‑inkepingen om data‑markeringen op microscopisch niveau op te slaan. Een atomaire krachtmicroscoop werd gebruikt om deze inkepingen te maken. De inkepingen varieerden in diepte van <1 tot 30 nm, waarbij elke diepte een ander datapunt vertegenwoordigde. Opmerkelijk is dat deze aanpak 4 x de opslagdichtheid biedt ten opzichte van traditionele harde schijven.

Ternary Numeric Coding System

De kern van de extra opslagcapaciteit is de ternaire coderingsmethode. Deze coderingsmethode overtreft binaire systemen die beperkt blijven tot 2 toestanden, 8 cellen en 256 tekens. Ternaire codering voegt een extra toestand toe, waardoor het 6561 tekens over 8 cellen kan vertegenwoordigen. De diepte van de inkeping maakt extra informatieoverdracht mogelijk.

Erasing Polymer Data Storage

Een andere belangrijke zorg voor onderzoekers was ervoor zorgen dat het polymeer gemakkelijk kon worden gewist en herschreven. Het team ontdekte dat het polymeer uitstekende opslagcapaciteit en thermische S─S‑metathese bood. Ze merkten ook op dat thermische reorganisatie van het dynamische polysulfiden‑netwerk plaatsvond wanneer een precieze hoeveelheid warmte werd toegepast.

Testing Polymer Data Storage

De onderzoekers doorliepen verschillende testfasen om de perfecte polymeermix en processen voor de taken te vinden. Ze testten elke polymeerformulering om te zien of deze op nanoschaal aanpasbaar was. Daarnaast hield het team bij hoe de AFM‑cantilever met de materialen functioneerde.

Ze ontdekten dat de cantilever een breed scala aan krachten (0,6–3,8 µN) kon toepassen en de energiebehoefte verminderde. Opmerkelijk is dat het breedste deel van de inkepingen slechts 15 ± 1 nm meet, waardoor ze nanoschaal zijn.

Testing Erase

De onderzoekers moesten bevestigen dat het nieuwe polymeer meerdere keren succesvol kon worden gewist en nieuwe data kon bevatten. Om deze functie te testen, creëerden ze een 4 × 4‑matrix van inkepingen met diepten van 18–27 nm. Vervolgens maakten ze 7 duplicaten die werden gedruppeld en uitgehard op een siliciumsubstraat. Alle inkepingen werden in minder dan 2 minuten gewist tijdens de eerste test.

Results

De testresultaten tonen de efficiëntie van het nieuwe opslagsysteem aan. De ingenieurs ontdekten dat het slechts seconden kostte om data te wissen en opnieuw te schrijven met Filmers‑polymeer en warmte‑pulses. De warmte‑pulses waren veel lager dan bij eerdere mechanische opslagmethoden die vaak krachtige verwarmingselementen vereisten.

De ingenieurs besteedden maanden aan het bestuderen van de inkepingen van elke opslagunit om te waarborgen dat ze nauwkeurig bleven. Het team gebruikte AFM‑beeldvorming om eventuele veranderingen in de inkepingen en de data te monitoren. Ze ontdekten dat hun methode ook toepasbaar is op dunne polymeervellen en kan worden geregistreerd met andere methoden zoals een scanning‑elektronenmicroscoop.

Benefits to Mechanical Storage Devices

Er zijn verschillende voordelen die mechanische opslagapparaten laten uitblinken ten opzichte van de concurrentie. Ten eerste zijn ze operationeel eenvoudig. In de meeste gevallen is er een markering die data representeert. Tegenwoordig werken mechanische batterijen op nanoschaal, waardoor een nieuw niveau van dichtheid ontstaat.

High Density

Het belangrijkste voordeel van dit type batterij is de hogere dichtheid. Deze apparaten kunnen meer opslaan in minder ruimte dankzij het gebruik van de ternaire code. Het benutten van de diepte van de inkeping als coderingsmethode voegt een extra dimensie toe aan de vergelijking. Bovendien kunnen deze systemen meerdere cantilevers en scanners integreren om parallel lezen en schrijven mogelijk te maken.

Inexpensive

Deze alternatieve opslagstrategie biedt een goedkope optie ten opzichte van de status‑quo. De hoofdcomponenten van het polymeer, zwavel en dicyclopentadieen, zijn betaalbaar en gemakkelijk verkrijgbaar. De lagere kosten van deze aanpak betekenen dat deze systemen in een breed scala aan industrieën kunnen worden ingezet.

Low Energy

Een ander groot voordeel van deze nieuwe mechanische opslagmethode is het verminderde energieverbruik. In tegenstelling tot de voorganger kan deze opslag bij kamertemperatuur worden uitgevoerd. Hierdoor is het veiliger, verbruikt het veel minder energie en is het duurzamer.

Erased and Reuse

Filmers Polymer heeft bewezen extreem veerkrachtig te zijn en kan in seconden worden gewist en herschreven. Het is lichtgewicht en behoudt zijn structuur op nanoschaal, waardoor meer data kan worden opgeslagen in minder ruimte.

Clean

Opmerkelijk is dat deze opslagmethode zeer weinig bijproducten produceert. De materialen die worden gebruikt om de opslag te creëren, geven geen zwavel af tijdens het smelten en herschrijven. Deze aanpak zorgt er bovendien voor dat de opslag echt duurzaam is, waardoor de volgende generatie AI‑systemen nuttige diensten kan leveren zonder onherstelbare schade aan het ecosysteem te veroorzaken.

Issues to Address

Er zijn enkele problemen die ingenieurs moeten oplossen om hun mechanische opslagapparaten massaal beschikbaar te maken. Ten eerste kan het systeem alleen functioneren in omgevingen onder de verwijderingstemperatuur. Komt de opslag in contact met temperaturen boven het vooraf bepaalde verwijderingspunt, dan gaat alle data verloren. Dit type verlies kan in vrijwel elk apparaat dat oververhit raakt optreden. Het lage temperatuurbereik van het polymeer‑opslagsysteem verergert dit probleem en vormt een belangrijke zorg voor onderzoekers in de toekomst.

Researchers

Het Chalker‑lab van Flinders University leidde de studie met Abigail Mann als eerste auteur. De tests werden uitgevoerd in de onderzoeksfaciliteiten op de campus. Nu wil het team hun werk uitbreiden om hoog‑dichte mechanische batterijen op de markt te brengen. Als onderdeel van deze stap zullen ze blijven onderzoeken naar verschillende polymeren en alternatieve schrijfmethode­s, waaronder het gebruik van lasers en nano‑imprint‑lithografie.

Companies that can benefit from the Mechanical Data Storage Study

De markt voor gegevensopslag is competitief, met enkele grote spelers die de markt domineren. Deze bedrijven bieden waardevolle opslagopties die onderzoekers, bedrijven en particulieren helpen het maximale uit hun berekeningen te halen. Hieronder staat één bedrijf dat goed gepositioneerd is om deze technologie te integreren en de omzet te verhogen.

Data Storage Corporation

De Data Storage Corporation (DTST ) trad in 2001 de markt op met als doel geavanceerde opslagopties te bieden. Dit in Delaware gevestigde technologiebedrijf ontstond uit een fusie met Emergent LLC. Deze fusie breidde het aanbod van het bedrijf uit en hielp het een voet aan de grond te krijgen in de breedband‑servicesector.

Vandaag is Data Storage Corporation een toonaangevende leverancier van dataservices, waaronder off‑site back‑up en meer. De diensten van het bedrijf hebben bedrijven geholpen te herstellen van grote verliezen en zelfs natuurrampen. Hierdoor heeft het bedrijf een sterke positie in de markt behouden en strategische partnerschappen met grote technologiebedrijven zoals Microsoft.

De producten van het bedrijf omvatten een reeks schaalbare enterprise‑grade resources, waaronder ezHost. De exVault‑optie biedt redundantie aan bedrijven en geavanceerde encryptie, waardoor ze hun activiteiten kunnen uitbreiden en gebruikersdata veilig kunnen houden. Er is ook een ezRecovery‑optie die het herstel van een bedrijf na grote rampen of incidenten vereenvoudigt.

Als Data Storage Corp de nieuwste mechanische batterijtechnologie in hun aanbod zou integreren, zouden hun klanten betere diensten ontvangen en zou het bedrijf kosten kunnen verlagen. De toegevoegde opslagdichtheid zou het mogelijk maken om 4 x de opslagcapaciteit van de huidige faciliteiten te bieden, waardoor ROI’s naar nieuwe hoogten stijgen.

Additional Batteries Worth Learning About

Er is geen gebrek aan pogingen van onderzoekers om het perfecte opslagapparaat te maken. Hoewel niemand perfectie heeft bereikt, is er aanzienlijke innovatie geweest. Hieronder staan enkele andere interessante opslagmethoden die de markt in de toekomst kunnen hervormen en de huidige elektronica van super‑geheugen kunnen voorzien.

Zuurstof‑gebaseerd geheugen

Deze opslagmethode maakt gebruik van zuurstofmoleculen die tussen vooraf ingestelde geheugelaagjes bewegen. Deze laagjes bestaan uit titaandioxide, metallaantal en 3 platina‑elektroden die O₂ tussen de lagen verplaatsen. Deze mechanische opslagmethode heeft als groot voordeel dat temperaturen het niet wissen, waardoor hij ideaal is voor extreme omstandigheden waarin hitte normaal een probleem zou zijn.

Kristallen

Onderzoekers hebben recent gekeken naar het gebruik van kristallen als opslagapparaten. Kristallen hebben enkele eigenschappen die de opslagcapaciteit kunnen verbeteren. Ze zijn zeer rigide en gestructureerd op atomair niveau. Dit systeem gebruikt ultra‑snelle lasers om data nauwkeurig in nano‑gestructureerde holtes binnen een silicakristal te graveren, waardoor hitte‑bestendige opslag ontstaat.

Diamanten

Een team van innovatieve onderzoekers ontdekte dat diamanten vergelijkbare opslagcapaciteit kunnen bieden als kristallen. In tegenstelling tot kristallen vertrouwt diamantenopslag op het wijzigen van de kleurcentra van de diamant met een elektrische lading. Net als bij kristallen is diamant‑gecodeerde data extreem hitte‑ en tijdsbestendig.

Mechanical Data Storage – Is It the Future?

Er zijn veel redenen waarom mechanische opslag de toekomst zou kunnen zijn. Ten eerste maakt de extra dichtheid meer opslag mogelijk in minder ruimte. Hierdoor kunnen elektronica kleiner en krachtiger worden. Bovendien zijn deze apparaten duurzaam en goedkoper dan alternatieven. Al deze factoren blijven de belangstelling voor nieuwe opslagmethoden en hun fabrikanten stimuleren.

Leer nu meer over andere coole ontwikkelingen in computing nu.

Study Reference:

^{1. Kim, S., et al. (2025). Acrobatics op insectenschaal: Een duurzaam, precies en wendbaar micro‑luchtrobot. Science Robotics, 10, eadp4256. https://doi.org/10.1126/scirobotics.adp4256}