hen it comes to data storage, densi

hen it comes to data storage, density and durability have always moved in opposite directions -- the greater the density the shorter the durability. For example, information carved in stone is not dense but can last thousands of years, whereas today’s silicon memory chips can hold their information for only a few decades.


Related Articles

--------------------------------------------------------------------------------

MRAM
Silicon
Information architecture
Scientific visualization
Computer vision
Data mining



Researchers with the U.S. Department of Energy’s Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) and the University of California (UC) Berkeley have smashed this tradition with a new memory storage medium that can pack thousands of times more data into one square inch of space than conventional chips and preserve this data for more than a billion years!

“We’ve developed a new mechanism for digital memory storage that consists of a crystalline iron nanoparticle shuttle enclosed within the hollow of a multiwalled carbon nanotube,” said physicist Alex Zettl who led this research.

“Through this combination of nanomaterials and interactions, we’ve created a memory device that features both ultra-high density and ultra-long lifetimes, and that can be written to and read from using the conventional voltages already available in digital electronics.”

Zettl, one of the world’s foremost researchers into nanoscale systems and devices, holds joint appointments with Berkeley Lab’s Materials Sciences Division (MSD) and the Physics Department at UC Berkeley, where he is the director of the Center of Integrated Nanomechanical Systems. He is the principal author of a paper that has been published on-line by Nano Letters entitled: “Nanoscale Reversible Mass Transport for Archival Memory.” Co-authoring the paper with Zettl were Gavi Begtrup, Will Gannett and Tom Yuzvinsky, all members of his research group, plus Vincent Crespi, a theorist at Penn State University.

The ever-growing demand for digital storage of videos, images, music and text calls for storage media that pack increasingly more data onto chips that keep shrinking in size. However, this demand runs in sharp contrast to the history of data storage. Compare the stone carvings in the Egyptian temple of Karnak, which store approximately two bits of data per square inch but can still be read after nearly 4,000 years, to a modern DVD which can store 100 giga (billion) bits of data per square inch but will probably remain readable for no more than 30 years.

“Interestingly,” said Zettl, “the Domesday Book, the great survey of England commissioned by William the Conqueror in 1086 and written on vellum, has survived over 900 years, while the 1986 BBC Domesday Project, a multimedia survey marking the 900th anniversary of the original Book, required migration from the original high-density laserdiscs within two decades because of media failure.”

Zettl and his collaborators were able to buck data storage history by creating a programmable memory system that is based on a moveable part - an iron nanoparticle, approximately 1/50,000th the width of a human hair, that in the presence of a low voltage electrical current can be shuttled back and forth inside a hollow carbon nanotube with remarkable precision. The shuttle’s position inside the tube can be read out directly via a simple measurement of electrical resistance, allowing the shuttle to function as a nonvolatile memory element with potentially hundreds of binary memory states.

“The shuttle memory has application for archival data storage with information density as high as one trillion bits per square inch and thermodynamic stability in excess of one billion years,” Zettl said. “Furthermore, as the system is naturally hermetically sealed, it provides its own protection against environmental contamination.”

The low voltage electrical write/read capabilities of the memory element in this electromechanical device facilitates large-scale integration and should make for easy incorporation into today’s silicon processing systems. Zettl believes the technology could be on the market within the next two years and its impact should be significant.

“Although truly archival storage is a global property of an entire memory system, the first requirement is that the underlying mechanism of information storage for individual bits must exhibit a persistence time much longer than the envisioned lifetime of the resulting device,” he said. “A single bit lifetime in excess of a billion years demonstrates that our system has the potential to store information reliably for any practical desired archival time scale.”

The multiwalled carbon nanotube and enclosed iron nanoparticle shuttle were synthesized in a single step via pyrolysis of ferrocene in argon gas at a temperature of 1,000 degrees Celsius. The nanotube memory elements were then ultrasonically dispersed in isopropanol and deposited on a substrate. A transmission electron microscope provided high-resolution imaging in real time while the memory device was in operation. In laboratory tests, this device met all the essential requirements for digital memory storage including the ability to overwrite old data.

“We believe our nanoscale electromechanical memory system presents a new solution to the challenge of ultra-high density archival data storage,” Zettl said.

This research was primarily supported by the U.S. Department of Energy’s Office of Science through its Basic Energy Sciences programs.

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ไก่มันมาถึงการจัดเก็บข้อมูลความหนาแน่นและความทนทานได้ย้ายเสมอในทิศทางตรงข้าม - ความหนาแน่นมากขึ้นสั้นความทนทาน ตัวอย่างเช่นข้อมูลที่แกะสลักในหินจะไม่หนาแน่น แต่สามารถอยู่ได้นานนับพัน ๆ ปีในขณะที่วันนี้ซิลิคอนชิปหน่วยความจำที่สามารถเก็บข้อมูลของพวกเขาเพียงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา. ที่เกี่ยวข้อง สถาปัตยกรรมการสร้างภาพScientific Computerวิสัยทัศน์การทำเหมืองแร่Data นักวิจัยกับกระทรวงพลังงานสหรัฐของแห่งชาติ Lawrence Berkeley ห้องปฏิบัติการ (Lab เบิร์กลีย์) และมหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนีย (UC) เบิร์กลีย์ได้ถูกทุบประเพณีนี้กับสื่อเก็บข้อมูลหน่วยความจำใหม่ที่สามารถแพ็คหลายพันครั้ง ข้อมูลมากยิ่งขึ้นในหนึ่งตารางนิ้วของพื้นที่กว่าชิปธรรมดาและเก็บรักษาข้อมูลนี้มานานกว่าพันล้านปี! "เราได้พัฒนากลไกใหม่สำหรับการจัดเก็บหน่วยความจำดิจิตอลที่ประกอบด้วยเหล็กผลึกรถรับส่งอนุภาคนาโนปิดล้อมอยู่ในโพรงของคาร์บอน multiwalled นาโน "กล่าวว่าอเล็กซ์นักฟิสิกส์ Zettl ที่นำการวิจัยครั้งนี้. "ผ่านการรวมกันของวัสดุนาโนและปฏิสัมพันธ์นี้เราได้สร้างอุปกรณ์หน่วยความจำที่มีทั้งความหนาแน่นสูงพิเศษและอายุการใช้งานนานเป็นพิเศษและที่สามารถเขียนและอ่านจาก โดยใช้แรงดันไฟฟ้าแบบเดิมอยู่แล้วในดิจิตอลอิเล็กทรอนิกส์. " Zettl หนึ่งของนักวิจัยชั้นนำของโลกในระบบนาโนและอุปกรณ์ถือนัดหมายร่วมกับ Berkeley Lab ของกองวัสดุวิทยาศาสตร์ (เอ็มเอส) และภาควิชาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยเบิร์กเลย์ซึ่งเขาเป็นผู้อำนวยการ ของศูนย์บูรณาการระบบ nanomechanical เขาเป็นผู้เขียนหลักของกระดาษที่ได้รับการตีพิมพ์ในบรรทัดโดยนาโนจดหมายสิทธิ: ". นาโนกลับมวลขนส่งสำหรับหน่วยความจำถาวร" ร่วมเขียนกระดาษที่มี Zettl เป็น Gavi Begtrup, Will แกนเนตต์และทอม Yuzvinsky, สมาชิกทุกคนของ กลุ่มงานวิจัยของเขารวมทั้งวินเซนต์ Crespi ทฤษฎีที่ Penn State University. ความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับการจัดเก็บข้อมูลดิจิตอลของวิดีโอรูปภาพเพลงและข้อความเรียกร้องให้สื่อเก็บข้อมูลที่แพ็คมากขึ้นมากขึ้นบนชิปที่ทำให้การหดตัวในขนาด อย่างไรก็ตามความต้องการนี้จะทำงานในคมชัดกับประวัติศาสตร์ของการจัดเก็บข้อมูล เปรียบเทียบหินแกะสลักในวิหารคาร์นัคของอียิปต์ซึ่งเก็บประมาณสองบิตต่อตารางนิ้ว แต่ยังคงสามารถอ่านได้หลังจากเกือบ 4,000 ปีเพื่อดีวีดีที่ทันสมัยซึ่งสามารถเก็บ 100 Giga (พันล้านดอลลาร์) บิตต่อตารางนิ้ว แต่ อาจจะยังคงสามารถอ่านได้ไม่เกิน 30 ปี. "น่าสนใจ" Zettl "เดย์หนังสือการสำรวจที่ยิ่งใหญ่ของประเทศอังกฤษโดยนายวิลเลียมผู้พิชิตใน 1086 และเขียนไว้ในหนังรอดมาได้กว่า 900 ปีในขณะที่บีบีซีกล่าวว่า 1986 เดย์โครงการสำรวจมัลติมีเดียครบรอบ 900 ของหนังสือเล่มเดิมที่ต้องย้ายถิ่นจากเดิม Laserdiscs ความหนาแน่นสูงภายในสองทศวรรษที่ผ่านมาเนื่องจากความล้มเหลวของสื่อ. " Zettl และทำงานร่วมกันของเขาก็สามารถที่จะเจ้าชู้ประวัติศาสตร์การจัดเก็บข้อมูลโดยการสร้างหน่วยความจำระบบโปรแกรม ที่เป็นไปตามส่วนที่เคลื่อนย้ายได้ - อนุภาคนาโนเหล็กประมาณ 1/50000 ความกว้างของเส้นผมมนุษย์ว่าในการปรากฏตัวของแรงดันต่ำกระแสไฟฟ้าสามารถมอบหมายไปมาภายในท่อนาโนคาร์บอนกลวงที่มีความแม่นยำที่โดดเด่น ตำแหน่งรถรับส่งของภายในหลอดสามารถอ่านออกได้โดยตรงผ่านการวัดที่เรียบง่ายของความต้านทานไฟฟ้าที่ช่วยให้รถรับส่งทำงานเป็นองค์ประกอบหน่วยความจำลบเลือนมีหลายร้อยที่อาจเกิดขึ้นของรัฐหน่วยความจำไบนารี. "หน่วยความจำรถรับส่งมีโปรแกรมสำหรับการจัดเก็บข้อมูลการจัดเก็บที่มีความหนาแน่นข้อมูล สูงถึงหนึ่งล้านล้านบิตต่อตารางนิ้วและความมั่นคงทางอุณหพลศาสตร์ในส่วนที่เกินหนึ่งพันล้านปี "Zettl กล่าวว่า "นอกจากนี้ยังเป็นระบบเป็นธรรมชาติผนึกมันให้ความคุ้มครองของตัวเองกับการปนเปื้อนสิ่งแวดล้อม." ไฟฟ้าแรงดันต่ำเขียน / อ่านความสามารถขององค์ประกอบหน่วยความจำในเครื่องไฟฟ้านี้อำนวยความสะดวกในการรวมขนาดใหญ่และควรทำสำหรับการรวมง่ายในวันนี้ ระบบการประมวลผลซิลิกอน Zettl เชื่อว่าเทคโนโลยีที่อาจจะอยู่ในตลาดภายในสองปีข้างหน้าและผลกระทบของมันควรจะมีนัยสำคัญ. "แม้ว่าการเก็บรักษาจดหมายเหตุอย่างแท้จริงเป็นสถานที่ให้บริการทั่วโลกของระบบหน่วยความจำทั้งหมดที่ต้องการแรกคือการที่กลไกของการจัดเก็บข้อมูลแต่ละบิต ต้องแสดงเวลาคงอยู่นานกว่าอายุการใช้งานของอุปกรณ์จินตนาการที่เกิดขึ้น "เขากล่าว "อายุการใช้งานบิตเดียวในส่วนที่เกินพันล้านปีแสดงให้เห็นว่าระบบของเรามีศักยภาพในการจัดเก็บข้อมูลที่เชื่อถือได้สำหรับช่วงเวลาที่ต้องการจัดเก็บในทางปฏิบัติใด ๆ ." ท่อนาโนคาร์บอน multiwalled และรถรับส่งอนุภาคนาโนเหล็กล้อมรอบถูกสังเคราะห์ในขั้นตอนเดียวผ่านของไพโรไลซิเฟอโรซีน ก๊าซอาร์กอนที่อุณหภูมิ 1,000 องศาเซลเซียส องค์ประกอบหน่วยความจำนาโนจากนั้นก็แยกย้ายกันไป ultrasonically ใน isopropanol และวางลงบนพื้นผิว กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนส่งให้ภาพความละเอียดสูงในเวลาจริงในขณะที่อุปกรณ์หน่วยความจำในการทำงาน ในการทดสอบในห้องปฏิบัติการอุปกรณ์นี้ได้พบกับทุกความต้องการที่จำเป็นสำหรับการเก็บความทรงจำดิจิตอลรวมทั้งความสามารถในการเขียนทับข้อมูลเก่า. "เราเชื่อว่าหน่วยความจำระบบไฟฟ้าของเราระดับนาโนนำเสนอโซลูชั่นใหม่กับความท้าทายของการจัดเก็บข้อมูลการจัดเก็บความหนาแน่นสูงพิเศษ" Zettl กล่าวว่า . การวิจัยครั้งนี้ได้รับการสนับสนุนหลักโดยสหรัฐอเมริกากรมสำนักงานพลังงานวิทยาศาสตร์พื้นฐานพลังงานผ่านโปรแกรมวิทยาศาสตร์ของ

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

เมื่อมันมาถึงการจัดเก็บข้อมูลหนาแน่น และความทนทานก็ย้ายไปในทิศทางตรงกันข้าม -- มากขึ้นความหนาแน่นสั้น ทนทาน ตัวอย่างเช่นข้อมูลแกะสลักในหินจะไม่หนาแน่น แต่สามารถมีอายุหลายพันปี ในขณะที่วันนี้เมมโมรี่ชิปซิลิคอนสามารถเก็บข้อมูลของพวกเขาเพียงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา .




บทความที่เกี่ยวข้อง--------------------------------------------------------------------------------

มแรม

ซิลิคอนข้อมูลสถาปัตยกรรม
ทางวิทยาศาสตร์การคอมพิวเตอร์วิสัยทัศน์





การทำเหมืองข้อมูลนักวิจัยกับสหรัฐฯแผนกของพลังงานของ Lawrence Berkeley National Laboratory ( เบิร์กลีย์แล็บ ) และมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียเบิร์กเลย์ ( UC ) ได้ทำลายประเพณีนี้กับสื่อหน่วยความจำใหม่ที่สามารถเก็บเป็นพันๆ ครั้ง เพิ่มเติมข้อมูลในหนึ่งตารางนิ้วของพื้นที่กว่าชิปทั่วไปและรักษาข้อมูลมากกว่าหนึ่งพันล้านปี

" เราได้พัฒนากลไกใหม่สำหรับการจัดเก็บหน่วยความจำดิจิตอลที่ประกอบด้วยผลึกเหล็กสำหรับรับส่งอยู่ภายในโพรงของ multiwalled คาร์บอนนาโนทิวบ์ " นักฟิสิกส์อเล็กซ์ เซทเทิลที่ทำให้งานวิจัยนี้

" ผ่านการรวมกันของ nanomaterials และการโต้ตอบ เราได้สร้างหน่วยความจำอุปกรณ์ที่มีทั้งระดับความหนาแน่น และ อัลตร้า ยาว ช่วงชีวิต ,และสามารถเขียนและอ่านจากการใช้แรงดันไฟฟ้าปกติมีอยู่แล้วในดิจิตอลอิเล็กทรอนิกส์ . "

เซทเทิล , หนึ่งของโลกที่สำคัญที่สุดซึ่งเป็นระบบนาโนสเกลและอุปกรณ์ มีการนัดหมายร่วมด้วยวัสดุแผนกวิทยาศาสตร์เบิร์กลีย์แล็บ ( เอ็มเอส ) และภาควิชาฟิสิกส์ที่ UC Berkeley ,ที่เขาเป็นผู้อำนวยการศูนย์ของระบบ nanomechanical แบบบูรณาการ เขาเป็นผู้เขียนหลักของรายงานที่ได้รับการตีพิมพ์ออนไลน์โดยนาโนจดหมายเรื่อง " นาโนสเกล , การขนส่งมวลความทรงจำจดหมายเหตุ " Co Authoring กระดาษต่างๆ เซทเทิลเป็น begtrup , Gannett และทอม yuzvinsky , สมาชิกทั้งหมดของกลุ่มงานวิจัยของเขา บวกกับ เคร ิวิน ,เป็นทฤษฎีที่มหาวิทยาลัยเพนน์สเตท .

ความต้องการที่เคยเติบโตสำหรับจัดเก็บข้อมูลดิจิตอลของวิดีโอ , ภาพ , เพลงและข้อความเรียกร้องให้สื่อเก็บข้อมูลที่บรรจุข้อมูลมากขึ้นบนชิปที่ทำให้ลดขนาด อย่างไรก็ตาม ความต้องการนี้วิ่งในคมชัดกับประวัติศาสตร์ของการจัดเก็บข้อมูล เปรียบเทียบหินแกะสลักในวิหารของ Karnak อียิปต์ ,ที่ร้านประมาณสองบิตของข้อมูลต่อตารางนิ้ว แต่ยังสามารถอ่านแล้วเกือบ 4 , 000 ปี ดีวีดีที่ทันสมัยซึ่งสามารถเก็บ 100 กิกะบิตของข้อมูล ( พันล้านบาท ) ต่อตารางนิ้ว แต่อาจจะยังอ่านได้ไม่เกิน 30 ปี

" น่าสนใจ " กล่าวว่า เซทเทิล " เดย์หนังสือ การสำรวจที่ยิ่งใหญ่ของอังกฤษ โดยนายวิลเลียมผู้พิชิตในที่และเขียนบนหนังลูกวัว ,มีชีวิตรอดมากกว่า 900 ปี ในขณะที่ 1986 บีบีซีเดย์โครงการสำรวจมัลติมีเดียทำเครื่องหมายครบรอบ 900th ของหนังสือต้นฉบับ ต้องโยกย้ายจาก laserdiscs ความหนาแน่นสูงเดิมภายในสองทศวรรษที่ผ่านมาเนื่องจาก "

สื่อล้มเหลวและผู้ร่วมงานของเขา เซทเทิลได้เหรียญประวัติศาสตร์การจัดเก็บข้อมูล โดยการสร้างโปรแกรมระบบหน่วยความจำที่ใช้ในการเคลื่อนย้ายส่วนอนุภาคนาโนเหล็ก ประมาณ 1 / 50000th ความกว้างของเส้นผมมนุษย์ , ในการแสดงตนของแรงดันไฟฟ้าต่ำกระแสไฟฟ้าจะ shuttled ไปมาภายในท่อนาโนคาร์บอนกลวงที่มีความแม่นยำที่น่าจับตา .ของรับส่งตำแหน่งภายในหลอดสามารถอ่านได้โดยตรงผ่านทางวัดที่เรียบง่ายของความต้านทาน ไฟฟ้า ช่วยให้รับส่งการทำงานเป็นหน่วยความจำ nonvolatile องค์ประกอบอาจร้อยของรัฐ

หน่วยความจำแบบไบนารี" ส่งหน่วยการจัดเก็บข้อมูลมีข้อมูลที่มีความหนาแน่นสูงเป็นหนึ่งล้านล้านบิตต่อตารางนิ้ว และอุณหพลศาสตร์เสถียรภาพเกินหนึ่งพันล้านปีข้อมูล “ เซทเทิลกล่าว " นอกจากนี้ยังเป็นระบบ จึงจะปิดสนิท มันให้ความคุ้มครองของตัวเองกับการปนเปื้อนสิ่งแวดล้อม

"ไฟฟ้าแรงดันต่ำ เขียน / อ่านความสามารถของหน่วยความจำของอุปกรณ์นี้ไฟฟ้าอำนวยความสะดวกรวมขนาดใหญ่และควรให้ง่ายต่อการเข้าไปในระบบประมวลผลซิลิคอนของวันนี้ เซทเทิลเชื่อว่าเทคโนโลยีสามารถในตลาดภายในสองปีข้างหน้า ผลกระทบน่าจะมี

" แม้ว่าจดหมายเหตุอย่างแท้จริงกระเป๋าเป็นอสังหาริมทรัพย์ระดับโลกที่มีหน่วยความจำระบบทั้งหมด ความต้องการแรกคือกลไกพื้นฐานของการจัดเก็บข้อมูลสำหรับบิตแต่ละคนจะต้องแสดงการติดตามากเวลานานกว่าอายุการใช้งานของอุปกรณ์ที่วางไว้ให้ " เขากล่าว" ชีวิตบิตเดียวเกินพันล้านปี สะท้อนให้เห็นว่า ระบบของเรามีศักยภาพในการจัดเก็บข้อมูลที่เชื่อถือได้เพื่อประโยชน์ใด ๆที่ต้องการข้อมูลมาตราส่วนเวลา . "

multiwalled ท่อนาโนคาร์บอนและล้อมรอบเหล็กสำหรับรับส่งได้ในขั้นตอนเดียวโดยไพโรไลซิสของเฟอร์โรซีนในก๊าซอาร์กอนที่อุณหภูมิ 1000 องศาเซลเซียสและท่อนาโนหน่วยความจำองค์ประกอบแล้ว ultrasonically กระจายตัวในกระแสและฝากบนพื้นผิว เป็นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่ให้ภาพความละเอียดสูงในเวลาจริงในขณะที่หน่วยความจำ อุปกรณ์ในการดำเนินงาน ในการทดสอบในห้องปฏิบัติการ , อุปกรณ์นี้เจอทุกสรุปข้อกำหนดสำหรับหน่วยความจำแบบดิจิตอลรวมทั้งความสามารถที่จะเขียนทับข้อมูลเก่า

" เราเชื่อว่าระบบไฟฟ้าหน่วยความจำนาโนสเกลของเรานำเสนอโซลูชั่นใหม่เพื่อความท้าทายของความหนาแน่นสูงพิเศษจดหมายเหตุที่เก็บข้อมูล " ที่ เซทเทิลพูด

งานวิจัยนี้ถูกสนับสนุนโดยสหรัฐอเมริกากรมของสำนักงานพลังงานวิทยาศาสตร์ ผ่านทางวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐาน
พลังงานโปรแกรม