Лазерный винчестер

Винчестер на лазерах? А почему бы и нет — ведь проектируются же процессоры с кремниево-оптическими схемами. Идея заключается в создании накопителей, где роль магнитной головки, меняющей информацию на поверхности диска, исполняет лазер, пульсирующий со сверхбыстрой частотой.

По мнению специалистов, на дорогу от лабораторного стола до прилавка потребуется не так уж много времени — пять лет. И хотя не все перспективные разработки воплощаются в железе, концепция лазерных винчестеров весьма занимательна хотя бы потому, что заставила физиков пересмотреть считавшиеся непоколебимыми представления.

  • В 2006 году молодой румынский ученый Д. Стэнчу совместно с доктором Ф. Ганстееном обнаружил возможность использовать свет для смены полярности магнита. Эффект назвали полностью оптическим перемагничиванием
  • Первые винчестеры на пиколазерах будут работать со скоростью 1 Тбит/c, что намного быстрее оперативной памяти. Второе поколение лазерных винчестеров обеспечит передачу данных на скорости 100 Тбит/с

 

РАЗВИТИЕ СОБЫТИЙ

 

В 2006 году молодой румынский ученый Даниэль Стэнчу совместно с доктором Фредериком Ганстееном обнаружил возможность использовать свет для смены полярности магнита, то есть переключения его из плюса (+) в минус (-). Эксперименты показали, что на облучение лазером магнитной пластины из сплава гадолиния, железа и кобальта требуется затратить всего 40 фемтосекунд (1 фемтосекунда — 10-15 секунды). Для сравнения, за одну секунду луч света способен семь с половиной раз обогнуть земной шар, а за фемтосекунду — расстояние, равное половине толщины волоса. По традиционным представлениям, такое взаимодействие света и магнита считалось невозможным, в литературе описаны лишь неудачные опыты подобного рода. Теоретическим обоснованием выявленного феномена занялись физики со всего мира.

Для смены полярности магнита на облучение лазером магнитной пластины из сплава гадолиния, железа и кобальта требуется затратить всего 40 фемтосекунд

 

Стэнчу вспоминает, что его руководитель не верил в такую возможность до тех пор, пока воочию не убедился в ее существовании. Эффект назвали полностью оптическим перемагничиванием (all-optic magnetization reversal).

История открытия повторяет ситуацию с появлением предшественника лазера — мазера, излучателя микроволн строго определенной частоты. Мазер был одновременно изобретен в СССР и США в первой половине 50-х годов прошлого века. Отец мазера, физик Колумбийского университета Чарльз Таунс, пишет в мемуарах: «В 1954-м, после того как была построена вторая модель мазера, я посетил Данию и встретился с Нильсом Борном. Во время прогулки я рассказал великому физику, что разработанный мною мазер излучает волны с удивительно ровной частотой. Нильс Бор воскликнул: «Этого не может быть!»

Однако сегодня потомки мазеров встраиваются в карманные указки.

Как только научное сообщество подвело под открытие Стэнчу теоретическую базу, начался активный поиск способов практического применения обнаруженного эффекта. Автор изобретения предложил создать супербыстрый магнитный винчестер. Лазерный накопитель позволит отказаться от движущихся деталей, шпинделя и головок, которые присутствуют в каждом магнитном жестком диске, начиная с самого первого — IBM 305 RAMAC 50-х годов прошлого века. Магнитный винчестер будущего не будет бояться трясок и вибраций, а значит, как и флэш-память, получит карт-бланш на прописку в мобильных телефонах, плеерах и ноутбуках.

Кремниевая фотоника

К моменту, когда технология создания лазерных винчестеров будет отработана, на рынке могут появиться кремниево-оптические чипы. Дело в том, что исследователям из Университета Калифорнии и сотрудникам компании Intel удалось создать первый в мире гибридный кремниевый чип HSL (Hybrid Silicon Laser). Для чего нужен такой зверь? Отвечаем: он сможет обрабатывать данные со скоростью больше одного терабита. То есть на основе технологии HSL получится создать сверхмощный игровой компьютер или рабочую станцию.

Впервые на одном чипе удалось совместить источник когерентного излучения, кристалл фосфида индия, и кремниевую основу. Под действием напряжения кристалл нагревается и излучает лазерный луч. Таким образом, подавая на фосфид индия напряжение, можно переводить информацию из электрической в лазерную.

Свет, сгенерированный кристаллом, поступает на кремниевую основу, которая играет роль волновода и модулирует излучение. Кремниевая основа представляет собой канал, в котором, грубо говоря, одна сторона заряжена положительно, а другая — отрицательно. При подаче напряжения канал меняет преломляющие свойства. В итоге лазерный луч, зашедший в волновод, претерпевает фазовую модуляцию и становится переносчиком информации. Свет, выходящий из источника, можно разбивать на несколько лучей и одновременно направлять в разные волноводы. Схема напоминает ту, что используется в оптоволоконных сетях.

Почему нельзя обойтись традиционным электрическим способом передачи данных? Лазерный луч, в отличие от электрических импульсов, не будет страдать от паразитных утечек и затухания и обеспечит значительно более высокую скорость работы системы. Стоимость производства лазерных чипов также должна быть значительно меньше. Но и это не все. Чип HSL будет потреблять меньше энергии и отлично впишется в ноутбуки.

Правильное название нового направления — кремниевая фотоника. Последнее сообщение Intel об HSL датируется 2006 годом. Будем надеяться, что за это время, несмотря на все мировые катаклизмы, работа над новой технологией не остановилась. Специалисты уверены: будущее за лазерными компьютерами. Что касается производства, то чипы HSL не потребуют новых заводов — достаточно будет модифицировать существующие конвейеры.

 

ЕСТЬ ЗАГВОЗДКА И НЕ ОДНА…

 

На пути к созданию лазерных винчестеров предстоит решить две проблемы. Первая — фемтосекундные лазеры большие и чрезвычайно дорогие. К слову, они используются в медицине для лечения глаз и представляют собой аппараты размером со стиральную машину. Вторая преграда — луч лазера должен быть достаточно тонким, чтобы попадать строго в ячейку на поверхности магнитного диска. Иными словами, нужно добиться высокой плотности хранения данных, ведь чем меньше размер ячейки, тем больше информации поместится на диске. В 2006 году не существовало возможности сделать диаметр пучка лазера меньше 50 нм, тогда как в современных винчестерах длина дорожки бита составляет приблизительно 30 нм. В 2007-м появились плазменные антенны, которые позволили опускаться ниже 50 нм, однако в этом случае терялась поляризация света и эффект полностью оптического перемагничивания не наблюдался.

К настоящему моменту коллектив под руководством Стэнчу совместно с инженерами известного производителя винчестеров Seagate смогли преодолеть оба препятствия. Фемтосекундные лазеры заменили пикосекундными (10-12 секунды), дешевыми и достаточно небольшими, благодаря чему их можно использовать для создания винчестеров традиционных формфакторов. Обнадеживающие результаты экспериментов уже ожидают публикации в научных журналах. Вторую проблему Стэнчу удалось решить с помощью группы профессора Томаса Эббесона из Франции: была разработана плазменная антенна, которая фокусирует пучок лазера, не лишая его поляризации.

Изменение поляризации магнитной ячейки под действием лазерного излучения

 

КОГДА НА КОНВЕЙЕР?

 

Теперь дело за малым — коммерческим воплощением идеи. Первые винчестеры на пиколазерах будут работать со скоростью 1 Тбит/c, что намного быстрее оперативной памяти. Второе поколение лазерных винчестеров с еще не существующими компактными фемтосекундными лазерами обеспечит передачу данных на скорости 100 Тбит/с. Для сравнения, производительность топовых SSD-накопителей составляет 2-3 Гбит/с.

Лазерные винчестеры способны произвести настоящую революцию: благодаря принципиально иной скорости передачи данных, они сделают ненужным использование микросхем оперативной памяти. Останется лишь разработать прямой интерфейс передачи данных между процессором и винчестером, наподобие шины FSB, и мы получим еще более быстрые компьютеры.

* * *

Есть ли конкуренты у лазерных винчестеров? Самый реальный — память на транзисторах с углеродными нанотрубками, которые играют роль переключателей. Такие микросхемы энергонезависимы, то есть не теряют данные при отключении питания и тоже обеспечивают скорость обмена данными порядка 1 Тбит/с. К сожалению, после череды анонсов пару лет назад никаких сдвигов в этом направлении не наблюдается, хотя разработка нанопамяти продолжается как в университетах, так и в коммерческих лабораториях. Что будет через пять лет — загадывать не станем. При нынешних темпах развития науки можно ожидать накопителей хоть на ДНК — есть и такие проекты! Но мы считаем, что технология лазерных винчестеров наиболее близка к коммерческой реализации, хотя бы потому, что требуется лишь заменить магнитные головки: производство самих пластин уже налажено. Так что пожелаем удачи Даниэлю Cтэнчу и его команде.






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2019 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.