Два напрямки створення пам'яті майбутнього
Поява у швидкому майбутньому задач, що вимагають дуже великий обчислювальний потужності, змушує вже зараз кинутися до пошуку нових технічних рішень не тільки в плані удосконалювання самих процесорів, але й інших компонентів ПК. Незалежно від того, яка для виготовлення процесора використовується технологія, кількість даних, що поставляються їм на обробку, визначається можливостями й іншими підсистемами комп'ютера. Ємності сучасних пристроїв масової пам'яті відбивають цю тенденцію. Диски СD-ROM дозволяють зберігати до 700МВ інформації, що розвивається технологія DVD-ROM - до 17GB. Технологія магнітного запису також розвивається дуже швидко - за останній рік типова ємність твердого диска в настільних комп'ютерах зросла до 15-20 GB і більш. Однак у майбутньому комп'ютерам прийдеться обробляти сотні гигабайт і навіть терабайти інформації - набагато більше, ніж може вмістити кожної з існуючих сьогодні CD-ROM-ов чи твердих дисків. Обслуговування таких обсягів даних і переміщення їх для обробки сверхбыстрыми процесорами вимагають радикально нових підходів при створенні пристроїв збереження інформації.
Галографічна пам'ять
Широкі перспективи в цьому плані відкриває технологія оптичного запису, відома як голографія: вона дозволяє забезпечити дуже високу щільність запису при збереженні максимальної швидкості доступу до даних. Це досягається за рахунок того, що галографічний образ (голограма) кодується в один великий блок даних, що записується усього за одне звертання. А коли відбувається читання, цей блок цілком витягається з пам'яті. Для читання чи запису блоків галографічно збережених на світлочутливому матеріалі (за основний матеріал прийнятий ніобат літію, LiNb3) даних ("сторінок") використовуються лазери. Теоретично, тисячі таких цифрових сторінок, кожна з який містить до мільйона біт, можна помістити в пристрій розміром зі шматочок цукру. Причому теоретично очікується щільність даних у 1TБ на кубічний сантиметр (TB/sm3). Практично ж дослідники очікують досягнення щільності порядку 10GB/sm3, що теж дуже вражає, якщо порівнювати з використовуваним сьогодні магнітним способом - порядку декількох MB/sm2 - це без обліку самого механічного пристрою. При такій щільності запису оптичний шар, що має товщину близько 1cm, дозволить зберігати близько 1ТВ даних. А якщо врахувати, що така запам'ятовуюча система не має частин, що рухаються, і доступ до сторінок даних здійснюється паралельно, можна екати, що пристрій буде характеризуватися щільністю в 1GB/sm3 і навіть вище.
Надзвичайні можливості топографічної пам'яті зацікавили учених багатьох університетів і промислових дослідницьких лабораторій. Цей інтерес уже досить давно вилився в дві науково-дослідні програми. Одна з них - програма PRISM (Photorefractive Information Storage Material), метою якої є пошук придатних світлочутливих матеріалів для збереження голограм і дослідження їхній запам'ятовуючих властивостей. Друга науково-дослідна програма - HDSS (Holographic Data Storage System). Так само, як і PRISM, вона передбачає ряд фундаментальних досліджень, і її учасниками є ті ж компанії. У той час як метою PRISM є пошук придатних середовищ для збереження голограм, HDSS орієнтована на розробку апаратних засобів, необхідних для практичної реалізації галографічних запам'ятовуючих систем.
Як же функціонує система галографічної пам'яті? Розглянемо для цього установку, зібрану дослідницькою групою з Almaden Research Center.
На початковому етапі в цьому пристрої відбувається поділ лучачи синьо-зеленого аргонового лазера на два складові - опорний і предметний промені (останній є носієм самих даних). Предметний промінь піддається расфокусировке, щоб він міг цілком висвітлювати просторовий світловий модулятор (SLM - Spatial Light Modulator), що являє собою просто жидкокристаллическую (LCD) панель, на якій сторінка даних відображається у виді матриці, що складає зі світлих і темних пікселів.
Обидва промені направляються усередину світлочутливого кристала, де і відбувається їхня взаємодія. У результаті цієї взаємодії утвориться інтерференційна картина, що і є основою голограми і запам'ятовується у виді набору варіацій показника чи переломлення коефіцієнта відображення усередині цього кристала. При читанні даних кристал висвітлюється опорним променем, що, взаємодіючи зі збереженої в кристалі інтерференційною картиною, відтворює записану сторінку у виді образа "шахівниці" зі світлих і темних пикселей (голограма перетворить опорну хвилю в копію предметної). Потім цей образ направляється в матричний детектор, основою для який служить прилад із зарядовим зв'язком (CCD - Charge-Coupled Device чи ПЗС), що захоплює всю сторінку даних. При читанні даних опорний промінь повинний падати на кристал під тим же самим кутом, при якому вироблявся запис цих даних, і допускається зміна цього кута не більше ніж на градус. Це дозволяє одержати високу щільність даних: змінюючи кут опорного чи променя його частоту, можна записати додаткові сторінки даних у тім же самому кристалі.Однак додаткові голограми змінюють властивості матеріалу (а таких змін може бути тільки фіксована кількість), у результаті образи голограм стають тьмяними, що може привести до перекручування даних при читанні. Цим і порозумівається обмеження обсягу реальної пам'яті, який володіє матеріал. Динамічна область середовища визначається кількістю сторінок, що вона може реально вміщати, тому учасники PRISM і займаються дослідженням обмежень на світлочутливість матеріалів.