memorie holografic - informatică, programare

Memoria holografic funcționează:

2. Memoria holografic

Acum, oamenii de știință lucrează la crearea unui alt tip de stocare a informațiilor - memorie holografic, care este în contrast cu tehnologia descrisă mai sus, folosind doar suprafața mass-media, ea implică lucrul cu tot volumul său. stocarea de date tridimensională va crește în mod semnificativ capacitatea și pentru a reduce dimensiunea purtătorului de informații. O astfel de tehnologie (sm.risunok1) pot apărea numai câțiva ani. Acest lucru va fi următoarea revoluție în domeniul stocării informațiilor.

Memoria holografic va stoca aproximativ 1 terabyte în cristal, proporțional cu un cub de zahăr. Cercetător Pieter J. van Heerden al companiei Polaroid pionier ideea de memorie holografică în 60-e. Un deceniu mai tarziu, cercetatorii de la Laboratoarele RCA au demonstrat tehnologia de înregistrare 500 holograme pe un cip mic. ieftine de succes de memorie semiconductoare pentru ceva timp a condus la încetarea activității în această direcție. Doar recent, IBM și Lucent de cercetare Bell Labs a fost reluată. Aici sunt piesele de bază necesare pentru construcția sistemului de stocare a datelor holografic:

· Dispozitivul, care va împărți fasciculul.

· Oglinzi pentru schimbarea direcției

Beam, laser cu argon, este împărțit în două. Primul se numește semnalul, trece printr-o svetomodulyator spațială (modulator spațial-lumină), care este un display LCD care prezintă informațiile de care avem nevoie în formă binară. După aceea, fasciculul de semnal conține datele de care avem nevoie. Apoi, fasciculul lovește fotopolimer sau alt tip de cristal. Cel de al doilea fascicul, numita legare lovește direct purtătorul de informații. Atunci când cele două grinzi „întâlni“, rezultatul este un model de interferență sau interferogramei. Datele sunt stocate în porțiunea corespunzătoare a cristalului ca o hologramă. (A se vedea. Fig. 2-3)

Caracteristica principală a memoriei holografic este viteza de acces la informațiile stocate. Pentru a restaura fasciculului luminos de legare se aprinde cristalul exact la același unghi, „înregistrare“, realizat de unii. Fiecare „pagina“ a datelor stocate în diferite regiuni ale cristalului, în funcție de unghiul fasciculului de cuplare. Pagina reconstruit este alimentat pe camera CCD și este interpretat în consecință.

3. memorie holografică reinscriptibile

modificat genetic proteină bacteriană poate permite unui dispozitiv de stocare mai eficientă.

Spre deosebire de mass-media bidimensionale conventionale, memorie holografică vă permite să înregistreze informații în trei dimensiuni. Prima mass-media de stocare holografică sunt acum pe piață, dar informațiile în timp real în timp ce dublaj pentru ei de neatins. cercetatorii americani de la Universitatea din Connecticut au demonstrat capacitatea de a crea memorie holografic reinscriptibile folosind lasere pentru a scrie date la proteinele bacteriene.

Noua tehnologie se bazează pe utilizarea bacteriilor bacteriorodopsină Halobacterium salinarum - proteina membranei sensibile la lumina produsă de un microorganism, atunci când concentrația de oxigen din mediul devine periculos de scăzută. Absorbirea un foton, proteina suferă o serie de transformări chimice, ceea ce duce la „pompare“ a protonului prin membrana, ceea ce creează o diferență de potențiale electrochimice asupra membranei si permite bacteriilor pentru a produce energie.

În timpul reacțiilor chimice de proteine ​​cu lanț trece prin mai multe configurații care pot fi utilizate pentru a crea o imagine holografică atunci când sunt iluminate. În condiții naturale, durata de viață a configurației intermediare este extrem de mică: întregul ciclu durează doar 10-20 milisecunde. Cu toate acestea, studiile anterioare au demonstrat capacitatea de lumină roșie în etapele finale ale ciclului de transfer al proteinei la o stare stabilă pentru mai mulți ani - așa-numita Q-stat.

Pentru a crea un mediu de stocare pregătit bacteriorodopsină suspensie holografic într-un gel polimer. raza laser verde este împărțită în două, una dintre care este codificată de date, atunci grinzile interferează în gel. Pentru a citi datele, modelul de interferență este iluminat de o rază de lumină roșie. Ștergeți datele pot fi un fascicul laser albastru.

Două fascicul laser verde creează un model de interferență în gel polimer conținând bacteriorodopsină, este plasat între două plăci de sticlă.

Folosirea mediilor de stocare holografică poate permite reducerea decalajului tot mai mare între volumul de purtător și înregistrarea informațiilor și viteza de citire. De exemplu, pentru a scrie pe hard disk-ul computerului fișier de 30-gigabyte cu film de lung metraj în format High Definition, este necesară acum 30-45 de minute. Utilizarea dispozitivelor holografice (care se realizează înregistrează informații simultan în întregul volum) poate reduce acest timp la mai puțin de 10 secunde. Figura 4

În ceea ce compania de înregistrare a informației densitate Technologies a demonstrat în fază un dispozitiv cu o densitate de înregistrare de până la 80 GB pe centimetru pătrat. Noua tehnologie vă permite să creați dispozitive reinscriptionabile, dar dezavantajul este că înregistrați lumina roșie. Faptul că realizabile densitatea crește date cu scăderea lungimii de undă a luminii - că acest lucru se datorează trecerea de la tehnologia CD (lumină roșie) la Blu-Ray și HDDVD, folosind lasere albastre.

Cu toate acestea, problema principală constă în faptul că traduce bacteriorodopsină naturale în Q-stat este dificil. De aceea, biologi moleculara din Connecticut lucreaza la modificarea genetica a bacteriilor, în scopul de a obține proteine ​​mai ușor tradus în această stare.

4. Memoria holografic - PAS CU LIMIT superparamagnetice

Statisticile imparțiali spune că, în ultimii ani, oamenii anual colectează aproximativ 5 exabytes (1018 bytes) de informații, și ratele continuă să crească. Acest lucru necesită crearea de tot mai multe dispozitive intensive, rapide și sigure de stocare a datelor. Una dintre cele mai multe domenii de cercetare, folosind metode de holografie optice. Progresele în acest domeniu sunt de așa natură încât primele produse comerciale deja disponibile pe piață.

Figura 5: Istoria și perspectivele de dezvoltare a dispozitivelor de stocare (conform IBM).

IBM a explorat istoria și perspectivele dezvoltării stocare (memorie) în ceea ce privește densitatea aplatizat (Fig. 5). Este evident că există doar o singură cale de a depăși pragul superparamagnetica - să utilizeze metode de înregistrare non-magnetice. Cea mai promițătoare și dezvoltate dintre acestea este holografie.

Memoria holografic este în curs de dezvoltare, începând cu lucrarea lui Pieter van Heerden (Pieter J. Van Heerden), un angajat al companiei Polaroid. El a propus ideea de a stoca date în trei dimensiuni, chiar și în 1963 și astăzi, unii producători au început deja producția comercială de memorie holografică.

Tehnologia folosită vă permite să înregistreze și să citească milioane de biți de date per bliț cu laser. Rezervă informații densitatea în vrac N (N

1012 bit / cm3) determinată de lungimea de undă a radiației.

Mii de pagini holografice pot fi stocate în același mediu de înregistrare utilizând diverse opțiuni de ecran de multiplexare. Acesta poate fi rulat prin schimbarea unghiului de incidență a razei laser, lungimea de unda, fazele variației spațiale fasciculului de referință a informațiilor și de referință grinzile punctului de intrare în mediul de înregistrare atunci când este deplasat sau rotit, precum și combinații ale acestor metode.

Fig. 6. Compararea tehnicilor de înregistrare optice și holografice

Figura 7. Principiul de înregistrare holografică

Figura 8. Diagrama de înregistrare a datelor / lectură de către holografie

Avantajele memoriei holografic: o densitate mare de înregistrare și o viteză mare de citire; informații paralele de înregistrare (un bit și întregi pagini, Figura 6). Precizie ridicată a paginii de redare; nivel scăzut de zgomot în timpul de recuperare a datelor; citire nedistructiv; pe termen lung de stocare - 30-50 ani sau mai mult; competitiv cu alte tehnologii optice.

Principiul de înregistrare holografică este prezentată în Fig. 3. Fasciculul laserului (nereprezentat în figură) este împărțită în două grinzi. Una dintre ele este utilizat ca referință, și alte obiecte iluminate (sau se trece printr-un modulator de lumină spațială, în care datele introduse de masă dreptunghiulară), - un fascicul care conține datele. La trecerea unei anumite zone de spațiu aceste grinzi creează un model de interferență (Fig. 7,1a). (. Figura 7.2) În cazul în care, în acest domeniu, a pus mediul fotosensibil transparent, atunci acesta va rămâne în modelul de interferență (holograma) (Figura 7.3.) - datele vor fi înregistrate. Pentru a citi suficient pentru a evidenția fascicul de referință purtător, și după interacțiunea lor vom obține fasciculul cu o copie exactă a datelor înregistrate. Spre deosebire de informații fotografie convențională este conținută într-un volum mare de media. În cazul în care acest volum este divizat, de exemplu, în cinci părți, acesta va fi lansat cinci exemplare identice ale informațiilor înregistrate. Această caracteristică îmbunătățește considerabil fiabilitatea de stocare a datelor. holografic / citire schemă detaliată aparat de scriere este prezentată în Fig. 8.

tehnologie de memorie holografică are limitări pentru înregistrare optică convențională prin aplicarea de date tridimensionale, în loc de două-dimensional de citire și scriere fascicul laser pe un plan. Acest lucru înseamnă că, teoretic, pentru înregistrarea datelor într-o memorie holografică poate fi utilizată suma totală a cristalului, deși există limitări practice. Cu toate acestea, chiar și cu mass-media dimensionale limitări - un avantaj semnificativ pentru tehnologia de memorie holografică. Capacitățile sale sunt suficiente pentru a lăsa în urmă DVD și Blu-ray. rate de transfer de date poate ajunge la 1 Gbps sau mai mult. Acest lucru este mult mai rapid decât orice alte tehnologii optice, cum ar fi CD-uri, DVD-uri, HD DVD și Blu-ray, în cazul în care rata maximă de transmisie nu depășește 11 Mbps.

In teorie, o hologramă poate stoca un pic de o sumă care este egală cu cubul de lungimea de undă a laserului. De exemplu, fasciculul laser pe un amestec de neon si heliu are o lungime de undă de 632,8 nm și memorie perfectă holografică poate stoca 4 Gb per milimetru cub. De fapt, densitatea de înregistrare a datelor este mult mai mic, astfel încât să existe cel puțin patru motive: nevoia de corectare a erorilor, defecte și restricții sisteme optice, economice (cu o creștere a densității de înregistrare a costurilor în creștere în mod disproporționat mai rapid) și limitările fizice (finitudinea lungimea de undă laser, acest interatomice distanta in inregistrare si cristal imperfecțiunilor sisteme optice).

Figura 9. stochează fotopolimer informații atunci când sunt iluminate cu un fascicul laser

Una dintre principalele probleme în domeniul stocării holografică - crearea de materiale adecvate pentru înregistrare. media holografice trebuie să îndeplinească criterii stricte, inclusiv gama de mare dinamică, fotosensibilitate ridicată, stabilitate dimensională, transparență optică, citire non-distructive, rezistență termică și umiditate, și au un preț scăzut. Dezvoltatorii au găsit multe materiale fazovraschayuschie materiale, cristale fotorefractive astfel LiNbO3, polimeri organici, cristale lichide, polimeri cu suprafata structurala si medii chiar exotice precum bacteriorodopsină în matrici de gelatină. Cel mai ieftin în industrie - fotopolimeri. Atunci când sunt iluminate cu porțiunea de polimer lumina polarizată a moleculei sale sunt orientate și permanent păstrează o astfel de stare (Fig. 9).

Figura 10. Exemplele de realizare ale aplicațiilor de memorie holografice: dispozitive de stocare holografice

Lucrările la crearea de memorie holografică a început în urmă cu peste 40 de ani, iar astăzi, o serie de companii, cum ar fi NTT și Optware în Japonia, în fază de tehnologie în Statele Unite ale Americii au finalizat dezvoltarea de discuri holografice (holografic Versatile Disc - HVD) și hărți (holografic Versatil Card - HVC) și în cele din urmă începe să vândă primele dispozitive comerciale. Luați în considerare unele dispozitive holografice au intrat pe piață.

Figura 13. holografic Card Info-MICA (de mai sus), Reader (în mijloc) și dimensiunea relativă (jos)

Compania NTT a demonstrat prototip capacitate mare de stocare, care sa bazat pe o tehnologie de film subtire holografie multistrat și un dispozitiv de citire a datelor (Fig. 10). Capacitatea presei (o sută de straturi) mărimea unui timbru poștal - 1 Gb. Cardul de memorie a fost numit Info-MICA (Informații-mai multe straturi întipărită Cardului), ca structura multi-strat similar cu structura rocilor din mică. Înregistrarea informațiilor este după cum urmează. datele digitale sunt mai întâi recodate în imagini bidimensionale, care sunt apoi convertite în tehnologia holografică un CGH (Computer Hologramă Generated) și în final holograma înregistrate sub forma unor structuri speciale pe straturile suport. Straturile sunt ghiduri de undă. Atunci când fasciculul laser este focalizat pe suprafața frontală a stratului ghid de undă, ea începe să se răspândească pe acesta este împrăștiată de structurile înregistrate. Lumina difuză generează o imagine bidimensională într-un plan paralel cu stratul waveguide. Ele sunt capturate de către CCD-senzori și decodificate în datele digitale originale.

Avantajele noii tehnologii Info-MICA sunt de înregistrare de înaltă densitate, dimensiunea redusă a unității, consum redus de energie, posibilitatea vehiculelor de producție de masă low-cost, dificultatea de copierea neautorizată a datelor de la ei, și ușurința de reciclare.

NTT se crede că Info-MICA, datorită costului lor scăzut și de dimensiuni mici pot înlocui altă unitate ROM. Și le ia în considerare ca un substitut pentru hârtie ca mediu de înregistrare. Aceste hărți vor fi utile în distribuția de masă de jocuri, muzică, filme și publicații electronice ca clonarea de pirati dificile. Se presupune și multe alte aplicații ale noii tehnologii.

Primul cititor de card (care costă câteva sute de dolari) și sprijină 1 Gb ($ 1-2) sunt deja pe piață. Planurile companiei - eliberarea de capacitate ROM Info-MICA de 10 Gb și dezvoltarea de dispozitive de înregistrare și media reinscriptibile.

Figura 14. Schema de optica pentru / citirea datelor companiei de înregistrare holografică Technology în fază

Figura 15. Compania de stocare holografică HDS-300R Tehnologie în fază

Schema holografic dispozitiv companie prezentat în Fig în fază. 8. După cum se poate observa, se aplică schema clasică cu două grinzi coliniare.

Primul tip de antrenare tapiserie HDS-300R (Fig. 9) este echipat cu un încorporat de identificare a frecvenței radio (RFID) utilizează discuri de 300 și GB-o dată înregistrarea sa proiectat pentru arhivare profesională. Acesta are SCSI-interfață cu o viteză de transmisie de 20 Mbps, timpul mediu de acces de 250 ms. Laser Lungime de undă - 407 nm, suma de pagini - 1,4 Mb, probabilitatea de erori să nu depășească 10-15. MTBF. - 100 000 h purtător servește ca un disc de 130 mm, dispuse în dimensiunea cartușului 5,25 x 6 x 0,25“, de înregistrare perioadă de stocare - până la trei ani, arhivare - mai mult de 50 de ani.

Figura 16. Schema coliniari scriere holografică / citire (numai citire includ grinzi purtătoare)

În timp ce alte sisteme necesită două grinzi separate - (. Figura 10) și datele de referință din grinzi coliniare Optware, care simplifică foarte mult proiectarea sistemului de citire / scriere, îmbunătățește fiabilitatea și reduce costurile.

«Experți Sony și alte companii de top japoneze care operează în domeniul electronicii, studiind cu atenție caracteristicile tehnologiei holografice, care ar trebui să înlocuiască discurile HD DVD și Blu-ray, - a declarat managerul Optware de marketing și de dezvoltare a afacerilor Yasuhide Kageyama. - Sony sunt acum gata pentru a începe crearea sistemelor de stocare a doua zi după ziua de mâine, și eu ar trebui să rețineți că decizia noastră coliniare a provocat o mulțime de interes ".

Între timp, și Optware, și-au lansat propriile în fază dispozitivele lor pe piața comercială. Costul diskuri aproximativ 12 000-15 000 de dolari pe un disc holografic -. $ 120-150. resursă Arhivistic este garantată timp de 50 de ani.

Deci, așteptați este lung.

Deci, beneficiile de noua tehnologie este mai mult decât suficient: în plus, aceste informații sunt stocate și citite în paralel, este posibil să se atingă viteze foarte mari și, în unele cazuri, cu acces aleator de mare viteză. Si cel mai important - nu există practic componente mecanice, caracteristice custozii actuale de informații (de exemplu, fuse cu un număr foarte mare de rotații). Acest lucru asigură nu numai accesul rapid (pentru o anumită tehnologie precisă de a spune instant) de date, probabilitate mai mică de eșecuri, dar, de asemenea, consumul de energie mai mic, deoarece acest lucru este hard disk - una dintre cele mai mari consumatoare de energie componente ale calculatorului. Cu toate acestea, există dificultăți cu alinierea optică, astfel încât la început aceste dispozitive sunt susceptibile de a fi în continuare „frică“ terțe părți „efecte mecanice“.