Polski sposób na ultraszybki zapis informacji

 

Granat0_m

Prezentacja ultraszybkiego zapisu fotomagnetycznego w przezroczystej warstwie dielektryka YIG:Co przy wykorzystaniu pojedynczego ultraszybkiego impulsu laserowego, przy rożnej polaryzacji liniowej impulsu. Zapisane impulsem laserowym jasne i ciemne obszary odpowiadają przełączeniu namagnesowania w domenach magnetycznych, jako stan ‘0’ lub ‘1’. Źródło: A. Stupakiewicz

 

Polsko-holenderskiemu zespołowi fizyków udało się ominąć barierę w szybkości oraz wydajności zapisu informacji. Dzięki temu dane na dyskach komputerowych można będzie zapisywać tysiąc razy szybciej niż teraz, a w dodatku komputery będą bardziej energooszczędne.

Polsko-holenderski zespół badaczy znalazł sposób, który sprawi, że zapis informacji w komputerach będzie o wiele bardziej wydajny. To tzw. technologia zimnego ultraszybkiego zapisu fotomagnetycznego. Przełomowe badania ukazały się w środę w prestiżowym piśmie “Nature” (http://dx.doi.org/10.1038/nature20807).

Dzięki naszemu rozwiązaniu bliską przyszłością może być komputer, który nie tylko będzie działał szybciej, ale i będzie zużywał mniej energii dzięki wydajniejszej pamięci. I tak np. dzięki zastosowaniu naszej technologii, grafiki 3D, których teraz renderowanie (przetwarzanie – przyp. PAP) trwa kilkadziesiąt minut, wygenerowałby się w kilka sekund. A laptop wytrzymałby bez ładowania dłużej  – opisuje w rozmowie z PAP jeden z autorów publikacji Krzysztof Szerenos, doktorant z Wydziału Fizyki Uniwersytetu w Białymstoku.

 

Chłodna kalkulacja

Jak jednak zaznacza młody fizyk, prawdziwy potencjał rozwiązania będzie szczególnie zauważalny w ogromnych serwerowniach czy centrach przechowywania i przetwarzania danych. Tam oszczędności – jeśli chodzi zarówno o czas, jak i o energię potrzebną do zapisywania i przetwarzania danych – byłyby naprawdę nie do pogardzenia.

Obecnie aż 5 proc. globalnej produkcji energii elektrycznej jest pochłaniane przez takie centra IT, a wkrótce wzrośnie to do 7 proc. – informuje kierownik badań dr hab. Andrzej Stupakiewicz z Wydziału Fizyki UwB. Zwraca uwagę, że przy zapisie wydzielają się spore ilości ciepła – na tyle duże, że aby chronić dane, trzeba zużywać dodatkową energię na chłodzenie urządzeń.

Tymczasem, jak oceniają badacze z UwB, nowa metoda sprawi, że podczas zapisu informacji (a także i odczytu), temperatura nośnika informacji wzrośnie np. jedynie o 1 stopień C. W takiej sytuacji chłodzenie będzie zbędne. System działa w temperaturze pokojowej.

 

Granat1_m

Zdjęcie optycznego toru wiązki laserowej. Źródło: A. Stupakiewicz

 

Świat dysku

Andrzej Stupakiewicz przypomina, na czym polega zapis informacji magnetycznej na dysku. – Możemy sobie wyobrazić, że jest tam mnóstwo malutkich magnesików. Każdy magnes ma biegun północny i południowy, czyli kierunek namagnesowania. Jeśli uda nam się obrócić jeden magnesik, zmieniamy jego wartość binarną – np. z 0 na 1. W ten sposób zapisujemy informację – opowiada.

Dodaje, że w dostępnych na rynku pamięciach stan namagnesowania zmieniano najczęściej za pomocą pola magnetycznego albo prądu elektrycznego. Ta metoda nieuchronnie skutkowała jednak rozgrzewaniem materiałów. A to prowadzi do strat energii.

Poza tym dotychczasowe metody miały fizyczne ograniczenia, jeśli chodzi o szybkość zapisu – wiadomo było, że aby zmienić stan bitu w najszybszych obecnie pamięciach typu RAM potrzebne było kilka nanosekund (nanosekunda to miliardowa część sekundy). Nowa metoda pozwala obejść dotychczasową barierę związaną z szybkością zapisu.

 

Granat2_m

Zdjęcie warstwy granatu. Źródło: A. Stupakiewicz

 

 

Granatem w rynek IT

Badacze z Polski pokazali, że istnieje materiał nieprzewodzący (granat itrowo-żelazowy domieszkowany jonami kobaltu, YIG:Co), w którym stan namagnesowania można zmieniać za pomocą ultraszybkich impulsów światła, i to odwracalnie. Aby przełączyć jeden bit w takim materiale wystarczy jeden impuls lasera.

W stosunku do obecnie stosowanych najszybszych pamięci możemy uzyskać tysiąckrotne zwiększenie prędkości zapisu i odczytu danych – porównuje Andrzej Stupakiewicz. Materiały o strukturze granatu są dostępne na rynku i – zdaniem naukowców – nie byłoby problemów z ulepszeniem ich parametrów w celu optymalizacji zapisu i wykorzystaniu na skalę masową.

 

Granat3_m

Współautorzy publikacji z Uniwersytetu w Białymstoku: K. Szerenos i A. Stupakiewicz. Źródło: A. Stupakiewicz

 

Impuls do poważnych oszczędności

Naukowcy informują, że przy zapisie 1 bitu informacji system zużywałby naprawdę niewiele energii – nawet 10 000 razy mniej niż wchodząca na rynek najnowsza technologia STT-MRAM, i nawet miliard razy mniej niż obecne dyski twarde.

Już od jakiegoś czasu wiadomo było, że można wykonać zapis magnetyczny za pomocą pojedynczych impulsów lasera. Przed dekadą grupa badaczy z Holandii odkryła materiał metaliczny o takich właściwościach. Jednak ze względu na bardzo silne pochłanianie światła, materiał ten znacznie nagrzewał się w trakcie zapisu. –Teraz, we współpracy z tym samym zespołem z Holandii, zademonstrowaliśmy, że istnieje magnetyczny dielektryk, który jest przezroczysty i nie nagrzewa się pod wpływem impulsów lasera, a zapis jest jeszcze szybszy – opowiada Krzysztof Szerenos.

Badania zespołu z Białegostoku zostały przeprowadzone przy wsparciu Narodowego Centrum Nauki. Teraz Polacy – wspólnie z Holendrami – starają się o unijny grant na rozwój badań. W ciągu 5 lat chcą zbudować prototyp systemu wykorzystującego nową technologię zimnego ultraszybkiego zapisu fotomagnetycznego. Mają nadzieję, że wtedy nowe urządzenia mogą pojawić się na rynku nawet w ciągu 10 lat.

 

Źródło: PAP – Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

http://naukawpolsce.pap.pl

Authors

Related posts

Góra
English