Учёные из Германии первыми продемонстрировали возможность хранения целых последовательностей битов в цилиндрических магнитных доменах размером всего 100 нанометров. Благодаря этому можно будет создавать новые типы хранилищ данных и датчиков, а также магнитные устройства для создания нейронных сетей.

Источник изображения: hzdr.de

Группа исследователей из Центра Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR), Хемницкого технического университета, Дрезденского технического университета и Исследовательского центра Юлиха впервые продемонстрировала возможность хранения не только отдельных битов, но и целых битовых последовательностей в крошечных цилиндрических нанообластях, передаёт ресурс TechPowerUp.

Профессор Олав Хеллвиг (Olav Hellwig) из HZDR объясняет концепцию цилиндрического магнитного домена, также называемого «пузырьковым доменом», как небольшую цилиндрическую область в тонком магнитном слое. Его спины, собственные моменты импульса электронов, создающие магнитный момент в материале, направлены в определённом направлении, что приводит к образованию намагниченности, отличной от остальной среды окружения.

Исследователи уверены, что подобные магнитные структуры обладают огромным потенциалом для спинтронных приложений. При этом ключевым элементом являются доменные стенки, формирующиеся на границах цилиндрического домена. Именно в этих областях происходит изменение направления намагниченности, что может быть использовано для кодирования битов информации.

Стремясь преодолеть ограничения плотности данных современных жёстких дисков, расширяя возможности хранения в трёхмерном пространстве (3D), команда Хеллвига использовала многослойные магнитные структуры, состоящие из чередующихся слоёв кобальта и платины, разделённых слоями рутения. Эти структуры были нанесены на кремниевые подложки, образуя синтетический антиферромагнетик с вертикальной структурой намагниченности.

Далее была применена концепция памяти «racetrack» (гоночная трасса), где биты расположены вдоль этой трассы как нити жемчуга. «Уникальность разработанной нами системы заключается в возможности контролировать толщину слоёв и, следовательно, их магнитные свойства. Это позволяет адаптировать магнитное поведение синтетического антиферромагнетика для хранения не только отдельных битов, но и целых последовательностей битов в форме зависящего от глубины направления намагниченности доменных стенок», — объясняет Хеллвиг.

Результаты исследования немецких учёных открывают перспективу создания новых магниторезистивных датчиков и спинтронных компонентов. Кроме того, такие сложные магнитные нанообъекты имеют большой потенциал для реализации в нейронных сетях, что помогло бы хранить и обрабатывать информацию подобно человеческому мозгу. Результаты труда опубликованы в журнале Advanced Electronic Materials.

ДНК — значительно более плотный носитель данных, чем что-либо, что создали люди, но проблема в том, что этот носитель крайне хрупкий. Для её решения учёные решили воспользоваться ещё одним достижением природы и создали искусственный янтарь, способный защитить хранящиеся в ДНК данные в течение длительного времени.

Источник изображений: news.mit.edu

Один грамм ДНК способен хранить до 215 Пбайт (215 млн гигабайт) данных — объёма с обувную коробку хватило бы на весь интернет. Это побудило учёных начать экспериментировать с записью данных в ДНК и их последующим считыванием, но необходимо обеспечить и их сохранность. Поэтому исследователи Массачусетского технологического института (США) создали своего рода искусственный янтарь, способный обеспечить защиту ДНК в течение длительного времени, а также последующее считывание данных. Это термореактивный материал — при нагревании он становится стекловидным твёрдым веществом, а при необходимости разрушается под воздействием химических соединений.

Учёные создали смесь мономеров, которые формируют сферические комплексы ДНК внутри и имеют водоотталкивающий слой снаружи — он нужен, потому что влага может повредить ДНК. Смесь нагревается и образует стекловидный блок, а ДНК с сохранёнными данными остаётся внутри. Когда возникает потребность считать эти данные, искусственный янтарь подвергается воздействию цистеамина — вещества, который его разрушает. После этого применяется детергент (моющее средство) под названием SDS, который отделяет ДНК, не повреждая её. Технологии присвоили название T-REX (Thermoset-REinforced Xeropreservation).

На испытаниях учёные успешно применили технологию T-REX для хранения последовательностей ДНК различной длины при температурах до 75 °C. На тестовые последовательности они записали изданную Авраамом Линкольном «Прокламацию об освобождении рабов», логотип Массачусетского технологического института и музыкальную тему из фильма «Парк юрского периода» (Jurassic Park). Когда ДНК извлекли и секвенировали, ошибок обнаружено не было. Сейчас на процесс T-REX требуются несколько часов, и учёные говорят, что его можно оптимизировать. Едва ли накопители на основе ДНК когда-нибудь появятся в потребительских компьютерах, но для долгосрочного архивного хранения данных она может оказаться полезной.

Компания SK hynix разработала новый тип мобильной флеш-памяти Zoned UFS (ZUFS) 4.0, предназначенный для ускорения выполнения задач, связанных с работой ИИ-алгоритмов на смартфонах и других мобильных устройствах.

Источник изображения: SK hynix

ZUFS 4.0 — это тип флеш-памяти NAND, которая оптимизирует управление данными на устройствах с технологиями искусственного интеллекта. Достигается это за счёт классификации и хранения данных, связанных с ИИ, в определённых зонах устройства хранения в соответствии с характеристиками смартфона. Такой метод целевого хранения данных, в отличие от обычной флеш-памяти UFS, повышает скорость и эффективность доступа к данным для операционной системы смартфона, а также для приложений искусственного интеллекта.

SK hynix заявляет, что флеш-память ZUFS 4.0 ускоряет запуск приложений на смартфонах до 45 % по сравнению с обычной флеш-памятью UFS. Кроме того, новая технология значительно снижает процесс деградации производительности операций чтения и записи, продлевая жизненный цикл устройства хранения данных на 40 %.

Компания сообщает, что приступила к разработке флеш-памяти ZUFS в 2019 году, предвидя растущий спрос на высокопроизводительные решения хранения данных для искусственного интеллекта на мобильных устройствах.

SK hynix начнёт массовое производство флеш-памяти ZUFS 4.0 в третьем квартале 2024 года.

Компания Huawei разрабатывает инновационную технологию магнитоэлектрических дисков для архивирования данных с кодовым названием OceanStor Arctic. Впервые об этой разработке производитель упомянул в ходе международной выставки электроники MWC 2024. Отмечается, что новая технология хранения данных позволит на 20 % снизить общую стоимость подключения по сравнению с магнитными лентами и на 90 % снизить энергопотребление по сравнению с жёсткими дисками.

Источник изображения: Huawei

По словам Huawei, магнитоэлектрический диск (MED) представляет собой инновационную разработку в области магнитных носителей. Первое поколение MED будет предлагаться в виде дисков большой ёмкости. Общая ёмкость серверной стойки на базе таких дисков составит более 10 Пбайт. При этом её потребляемая мощность будет ниже 2 кВт. Первое поколение дисков MED будет предназначено для архивного хранения данных. Такие диски должны появиться в продаже примерно в первой половине 2025 года.

Портал Tom’s Hardware в качестве сравнения приводит типичную серверную стойку формата 42U, которая может вмещать до 288 жёстких дисков, общим объёмом до 8,64 Пбайт, если в расчёт берутся, например, новейшие жёсткие диски Seagate с технологией магнитной записи с подогревом (HAMR) объёмом по 30 Тбайт каждый. Общее энергопотребление такой стойки составит около 2,88 кВт.

Как пишет Block and Files, MED — это совершенно новая технология. Тот факт, что Huawei использует при её упоминании термин диск, а не накопитель, может говорить о том, что носитель MED, скорее всего, содержит вращающийся внутренний элемент (или элементы), а также головку (головки) для чтения и записи. Huawei пока не вдаётся в детали своей разработки, поэтому размеры накопителя неизвестны. Совсем необязательно, что он будет выполнен в привычном формфакторе 3,5 дюйма, в котором выпускаются актуальные модели жёстких дисков от Seagate, Toshiba и Western Digital.

Также отмечается, что в основе технологии MED лежит магнитоэлектрический эффект, создающий связь между магнитными и электрическими свойствами материала. Как это будет применяться в случае с вращающимися дисками — неизвестно.

Китайские учёные обещают воплотить в жизнь то, над чем десятилетиями бились японские разработчики. Японцы перестали бороться за оптические носители после выпуска четырёхслойных дисков Blu-ray объёмом 128 Гбайт. Опытные разработки далеко преодолевали этот рубеж, но они так и не вышли из лабораторий. Перспективные китайские оптические диски тоже пока находятся на стадии экспериментов, но они уже на старте совершили невероятный прорыв.

Источник изображения: www.scmp.com

Как сообщается в свежей статье в журнале Nature, перспективный китайский оптический диск совпадает по размерам с обычными дисками DVD как по толщине (что важно!), так и по диаметру. В то же время он имеет по 100 записывающих слоёв на каждую сторону. Слои отделены друг от друга прозрачным слоем толщиной всего 1 мкм. В 100-слойном диске разработки Hitachi, например, было всего по 50 слоёв на сторону с разнесением записывающих слоёв на 60 мкм. Можно только подивиться, чего смогли добиться китайские учёные.

На одном диске, разработанном китайскими учёными, можно записать 1,6 петабит (200 Тбайт) информации. Это почти на порядок больше, чем способны вместить современные жёсткие диски. Таким образом, даже небольшая стопка таких дисков сможет вместить информацию целого центра обработки данных.

Как и Hitachi, учёные из Шанхайского университета науки и технологий, Пекинского университета, а также Шанхайского института оптики и точной механики и Ключевой лаборатории фотохимии Китайской академии наук использовали для записи фемтосекундный лазер. Однако перед ними стояла намного более трудная задача, чтобы данные записывались в намного большем объёме диска.

В аннотации к статье в Nature, в частности, сказано: «Мы разработали оптический носитель записи на основе фоторезистивной плёнки, легированной эмиссионным красителем, индуцирующим агрегацию, который можно оптически стимулировать фемтосекундными лазерными лучами. Эта плёнка обладает высокой прозрачностью и однородностью, а явление эмиссии, индуцируемой агрегацией, обеспечивает механизм хранения».

Источник изображения: Nature 2024

Проще говоря, благодаря комбинации молекул в фоторезистивной плёнке, реагирующей на свет, происходит фиксация красителя под воздействием импульсов лазера. Технология пока не готова к коммерческой эксплуатации и нуждается в доработке как с точки зрения увеличения скоростей записи/чтения, так и с позиций разработки устройств для записи и чтения. Однако китайские диски имеют большой потенциал в сфере архивирования данных: учёные заявляют, что они смогут прослужить от 50 до 100 лет, и при этом они потребляют энергию только при записи и чтении, но не в простое.

До сих пор ни один подобный проект не дошёл до стадии рыночных изделий. Однако мир нуждается в подобных сверхъёмких и экономных носителях данных. Искусственный интеллект обещает породить такой поток информации, с которым мы до сих пор не сталкивались, а потребление ЦОД уже отбирает из национальных энергосетей единицы процентов электрогенерации. Дальше жить с этим станет ещё сложнее и лучше не доводить до крайностей.

Сообщается, что фонд Arch Mission Foundation готовит к отправке на Луну уникальный носитель для хранения в течение миллиардов лет данных о Земле и земной цивилизации. Подобные архивы планируется разбросать по другим небесным телам Солнечной системы, чтобы в далёком будущем люди смогли прикоснуться к истории планеты и людей, если по каким-то причинам на самой Земле эти данные будут утеряны.

Источник изображения: Pixabay

Следует сказать, что это не первая попытка фонда сохранить память о людях и Земле. Ранняя версия архива в виде 5-слойного диска была отправлена в космос в бардачке автомобиля Tesla Roadster, который компания Илона Маска запустила в качестве доказательства способности доставлять полезную нагрузку на орбиту Марса. Второй архив в виде 25-слойного носителя был отправлен на Луну в израильском спускаемом аппарате Beresheet, но тот разбился при посадке.

Очередной накопитель фонда также должен был быть доставлен на лунную поверхность, что планировалось совершить на спускаемом аппарате Peregrine Mission One компании Astrobotic. Однако компания затянула с изготовлением аппарата, а потом произошёл взрыв на ракете-носителе Vulcan Centaur компании United Launch Alliance (UAL), которая готовит его запуск. Тем самым начало миссии задержалось больше чем на год, но возможно, состоится в ноябре этого года.

Носитель Arch Mission Foundation представляет собой 120-мм 4-граммовый диск в специальном картридже. Четыре верхних слоя содержат инструкцию в текстовом и графическом виде, как самому собрать DVD-проигрыватель. Это примерно 60 тыс. страниц, доступных для чтения с оптическим увеличением от 100 до 200 крат. Эта информация поможет читателю извлечь и интерпретировать данные, записанные на остальных 21 слоях уже как на DVD-диске.

Содержание первых слоёв также включает в себя учебник, состоящий из тысяч страниц, на которых раскрываются значения более миллиона слов и понятий на многих языках. Кроме того, в него входят коллекции знаний по многим предметным областям, например, набор жизненно важных статей из «Википедии».

25-слойный носитель Arch Mission Foundation

Каждый слой DVD-диска содержит свыше 100 Гбайт сжатых цифровых данных или более 200 Гбайт в распакованном виде. В набор для архива включены англоязычная «Википедия», книжная библиотека Project Gutenberg, интернет-архив, информация о почти 7000 языках мира с полным набором данных PanLex и многое другое.

Особняком стоят данные об известном фокуснике-иллюзионисте Дэвиде Копперфильде (David Copperfield). Он является одним из спонсоров проекта и позаботился, чтобы о нём было как можно больше данных в архиве, включая описание всех его знаменитых фокусов.