A-Train The Seven
...'cause for once, I didn't hate myself.
Các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã phát triển một hệ thống lưu trữ phân tử mật độ cao sử dụng các phân tử hữu cơ để lưu trữ và mã hóa dữ liệu, theo báo cáo từ Blocks & Files. Công nghệ này ghi và truy xuất thông tin bằng một kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) chuyên dụng, thao tác trên trạng thái phân tử để lưu dữ liệu, như mô tả trong bài báo trên Nature. Dù hứa hẹn tạo ra các thiết bị lưu trữ siêu mật độ, giảm không gian và tiêu thụ năng lượng (ví dụ, ổ cứng HDD dung lượng trên 100TB), tuổi thọ ngắn của đầu tip AFM vẫn là rào cản lớn.
Khác với ổ cứng truyền thống (HDD) sử dụng vật liệu từ tính và đầu ghi từ để thay đổi thuộc tính lưu trữ, công nghệ ổ cứng phân tử (Molecular HDD) lưu và xử lý dữ liệu bằng các phân tử nhỏ. Cụ thể, nhóm nghiên cứu sử dụng 200 phân tử Ru LPH tự lắp ráp thành một lớp màng đơn (SAM), trong đó các ion ruthenium chuyển đổi giữa trạng thái oxy hóa-khử (redox) và tích tụ ion. Sự thay đổi này làm biến đổi độ dẫn điện của vật liệu, được ghi/đọc bằng đầu tip AFM dẫn điện (C-AFM) có bán kính 25nm. Mỗi đơn vị lưu trữ đạt 96 trạng thái dẫn điện, tương đương 6-bit dữ liệu, giống với công nghệ NAND đa cấp (multi-level cell).
Hệ thống không cần từ trường mạnh hay làm nóng vật liệu, nên tiêu thụ năng lượng cực thấp, ở mức pW/bit cho việc đọc/ghi – rất hiệu quả cho lưu trữ quy mô lớn. Tuy nhiên, các nhà khoa học dự kiến áp dụng công nghệ này vào ổ cứng dạng đĩa quay với đế kính, nên tổng mức tiêu thụ năng lượng thực tế (bao gồm động cơ quay) có thể tương đương HDD truyền thống.
Lớp SAM dày khoảng 2,54nm, và nếu mỗi phân tử Ru LPH có kích thước vài nanomet, 200 phân tử chiếm diện tích khoảng 10-20nm chiều rộng và dài. Tính toán đơn giản cho thấy mật độ lưu trữ đạt khoảng 9,6 Gbit/inch² (tương đương 1,49 TB/inch²), gần với mục tiêu của HDD truyền thống sử dụng công nghệ ghi hỗ trợ nhiệt (HAMR) và vật liệu dạng mẫu (BPM). Các ổ HDD HDMR dự kiến đạt dung lượng trên 120TB vào thập niên 2030. Tuy nhiên, con số này cần được kiểm chứng thêm, vì phép tính đơn giản có thể chưa chính xác hoàn toàn.
Dù vậy, với tốc độ phát triển của HDMR – công nghệ đã được các nhà sản xuất HDD hiểu rõ và đang tiến tới thương mại hóa – Molecular HDD có nguy cơ trở nên lạc hậu khi đủ trưởng thành để ứng dụng thực tế.
Molecular HDD nổi bật với khả năng mã hóa tích hợp thông qua phép toán XOR bitwise ngay tại cấp phân tử. Điều này cho phép mã hóa dữ liệu an toàn mà không cần thiết bị bổ sung, như đã được chứng minh qua việc mã hóa hình ảnh tranh tường Mogao Grottoes. Mỗi pixel được biến đổi bằng logic XOR và sau đó giải mã thành công. Ngoài ra, hệ thống còn hỗ trợ các phép toán logic như AND, OR, XOR trực tiếp trong đơn vị lưu trữ, giảm tải cho bộ xử lý bên ngoài. Đây là lợi thế lớn về bảo mật và hiệu quả so với HDD truyền thống.
Dù tiềm năng vượt trội, Molecular HDD đối mặt với hạn chế nghiêm trọng: tuổi thọ đầu tip C-AFM. Theo Blocks & Files, tip chỉ hoạt động được 50-200 giờ ở chế độ ngắt quãng và 5-50 giờ ở chế độ liên tục. Với thời gian sử dụng ngắn như vậy, công nghệ này khó khả thi cho lưu trữ lâu dài hoặc quy mô lớn, trừ khi phát triển được đầu tip bền hơn. Nếu vượt qua được rào cản này, Molecular HDD có thể sánh ngang hoặc vượt mật độ lưu trữ của HDD thế hệ mới và băng từ lưu trữ (tape).
Công nghệ Molecular HDD của các nhà nghiên cứu Trung Quốc mở ra hướng đi mới cho lưu trữ dữ liệu, với mật độ cao, tiêu thụ năng lượng thấp và mã hóa tích hợp. Tuy nhiên, trong bối cảnh HDMR đã tiến gần đến giai đoạn sản xuất hàng loạt, Molecular HDD cần giải quyết triệt để vấn đề tuổi thọ đầu tip để cạnh tranh. Hiện tại, nó vẫn là một ý tưởng đầy triển vọng nhưng cần thêm nhiều bước đột phá kỹ thuật để trở thành giải pháp thực tiễn.
Khác với ổ cứng truyền thống (HDD) sử dụng vật liệu từ tính và đầu ghi từ để thay đổi thuộc tính lưu trữ, công nghệ ổ cứng phân tử (Molecular HDD) lưu và xử lý dữ liệu bằng các phân tử nhỏ. Cụ thể, nhóm nghiên cứu sử dụng 200 phân tử Ru LPH tự lắp ráp thành một lớp màng đơn (SAM), trong đó các ion ruthenium chuyển đổi giữa trạng thái oxy hóa-khử (redox) và tích tụ ion. Sự thay đổi này làm biến đổi độ dẫn điện của vật liệu, được ghi/đọc bằng đầu tip AFM dẫn điện (C-AFM) có bán kính 25nm. Mỗi đơn vị lưu trữ đạt 96 trạng thái dẫn điện, tương đương 6-bit dữ liệu, giống với công nghệ NAND đa cấp (multi-level cell).
Hệ thống không cần từ trường mạnh hay làm nóng vật liệu, nên tiêu thụ năng lượng cực thấp, ở mức pW/bit cho việc đọc/ghi – rất hiệu quả cho lưu trữ quy mô lớn. Tuy nhiên, các nhà khoa học dự kiến áp dụng công nghệ này vào ổ cứng dạng đĩa quay với đế kính, nên tổng mức tiêu thụ năng lượng thực tế (bao gồm động cơ quay) có thể tương đương HDD truyền thống.
Lớp SAM dày khoảng 2,54nm, và nếu mỗi phân tử Ru LPH có kích thước vài nanomet, 200 phân tử chiếm diện tích khoảng 10-20nm chiều rộng và dài. Tính toán đơn giản cho thấy mật độ lưu trữ đạt khoảng 9,6 Gbit/inch² (tương đương 1,49 TB/inch²), gần với mục tiêu của HDD truyền thống sử dụng công nghệ ghi hỗ trợ nhiệt (HAMR) và vật liệu dạng mẫu (BPM). Các ổ HDD HDMR dự kiến đạt dung lượng trên 120TB vào thập niên 2030. Tuy nhiên, con số này cần được kiểm chứng thêm, vì phép tính đơn giản có thể chưa chính xác hoàn toàn.
Dù vậy, với tốc độ phát triển của HDMR – công nghệ đã được các nhà sản xuất HDD hiểu rõ và đang tiến tới thương mại hóa – Molecular HDD có nguy cơ trở nên lạc hậu khi đủ trưởng thành để ứng dụng thực tế.
Molecular HDD nổi bật với khả năng mã hóa tích hợp thông qua phép toán XOR bitwise ngay tại cấp phân tử. Điều này cho phép mã hóa dữ liệu an toàn mà không cần thiết bị bổ sung, như đã được chứng minh qua việc mã hóa hình ảnh tranh tường Mogao Grottoes. Mỗi pixel được biến đổi bằng logic XOR và sau đó giải mã thành công. Ngoài ra, hệ thống còn hỗ trợ các phép toán logic như AND, OR, XOR trực tiếp trong đơn vị lưu trữ, giảm tải cho bộ xử lý bên ngoài. Đây là lợi thế lớn về bảo mật và hiệu quả so với HDD truyền thống.
Dù tiềm năng vượt trội, Molecular HDD đối mặt với hạn chế nghiêm trọng: tuổi thọ đầu tip C-AFM. Theo Blocks & Files, tip chỉ hoạt động được 50-200 giờ ở chế độ ngắt quãng và 5-50 giờ ở chế độ liên tục. Với thời gian sử dụng ngắn như vậy, công nghệ này khó khả thi cho lưu trữ lâu dài hoặc quy mô lớn, trừ khi phát triển được đầu tip bền hơn. Nếu vượt qua được rào cản này, Molecular HDD có thể sánh ngang hoặc vượt mật độ lưu trữ của HDD thế hệ mới và băng từ lưu trữ (tape).
Công nghệ Molecular HDD của các nhà nghiên cứu Trung Quốc mở ra hướng đi mới cho lưu trữ dữ liệu, với mật độ cao, tiêu thụ năng lượng thấp và mã hóa tích hợp. Tuy nhiên, trong bối cảnh HDMR đã tiến gần đến giai đoạn sản xuất hàng loạt, Molecular HDD cần giải quyết triệt để vấn đề tuổi thọ đầu tip để cạnh tranh. Hiện tại, nó vẫn là một ý tưởng đầy triển vọng nhưng cần thêm nhiều bước đột phá kỹ thuật để trở thành giải pháp thực tiễn.
