Tři bity na molekulu: Nanotechnologie slibuje novou generaci pamětí

Současné počítače trpí paměťovou schizofrenií. Na jedné straně rychlá, ale drahá a na napájení závislá RAM. Na druhé straně velké, levné, ale pomalé a relativně nespolehlivé pevné disky. Rozdvojení odráží skutečnost, že dosud nikdo nebyl schopen vyvinout paměťové médium, které by spojovalo ty dobré vlastnosti z obou světů. Zvrat pravděpodobně přinese až nanotechnologie.
Analytik společnosti NanoMarketsLawrence Gasman se domnívá, že k přelomu by mohlo dojít už v relativně krátké době.
"Nejrozvinutějším nanotechnologickým oborem jsou dnes materiály. Jakmile však dojde ke komodifikaci uhlíkových nanotrubiček, na řadu přijdou paměti. Zde se může nanotechnologie stát skutečně zlatým dolem."

Požadavky

Cílem vědeckého výzkumu je vytvořit paměť, která bude splňovat několik do jisté míry protichůdných požadavků. Jedná se zejména o
- rychlost srovnatelnou s rychlostí současné RAM,
- nízkou cenu srovnatelnou s cenou dnešních pevných disků,
- vysokou hustotu uložení dat (poměr kapacity k velikosti),
- uchování dat i po odpojení energie,
- vysokou spolehlivost (žádné pohyblivé součásti),
- a nízkou spotřebu energie.
Teoreticky to všechno může nanotechnologie přinést. V praxi se ale objevilo mnoho překážek, které odsouvají původní optimistické odhady tržní dostupnosti nové generace pamětí o několik let. Rozhodně si ovšem nemůžeme stěžovat na nedostatek snahy vývojových laboratoří start-upů i renomovaných výrobců polovodičové techniky.
Motivace těchto firem je značná. Ačkoliv parametry současných pamětí se trvale zlepšují, základy výrobní technologie zůstávají beze změny a pomalu se blíží k vyčerpání svých možností. Důsledkem jsou rostoucí náklady nutné k dosažení dalšího zlepšení.
Gasman poukazuje na některé trendy, které naznačují, že první firmy na trhu nanopamětí mohou dosáhnout podobnou pozici, jakou získal na poli procesorů Intel.

Poptávka trhu

Existuje odhad, podle něhož vznikne sledováním pohybu zboží v obchodním řetězci Wal-Mart po zavedení RFID značek 2,6 petabajtu dat každý den. Inteligentní využití nasbíraných údajů může samozřejmě zlepšit efektivitu každého podniku a s jednou velkou integrovanou databází to jde zatím lépe než s mnoha roztříštěnými zdroji dat.
Nanopaměti mohou urychlit již dnes prudký rozvoj bioinformatiky, ať už jde o zkoumání a porovnávání genomů či analýzu struktury proteinů, samozřejmě vždy především s přihlédnutím k farmaceutickým aplikacím. Dalšími potenciálními odběrateli nanopamětí jsou firmy a instituce zabývající se internetovým vyhledáváním a souvisejícím dataminingem. O sběr obrovských množství dat pak v neposlední řadě stojí také vlády.

Množství technologií

Mezi firmami, o kterých se v souvislosti s nanopaměťmi nejvíce mluví, je na prvním místě společnost Nantero. Pracuje na technologii označované NRAM (Nanotube-based/Nonvolatile RAM), která využívá právě uhlíkových nanotrubiček. Nantero představila v roce 2003 prototyp 10Gb paměťového čipu a první produkty na trhu hodlá mít v roce 2006. Důležité je, že nová technologie je plně integrovatelná se stávajícími CMOS výrobními postupy, což zvyšuje naději na úspěšné dotažení vývoje do reálně využitelné podoby. V případě úspěchu odhaduje Nantero své potenciální příjmy na 100 miliard dolarů ročně.
Z tak rozsáhlého trhu chtějí samozřejmě profitovat i další firmy. Například startup ZettaCore vyvíjí technologii, jejímž základem jsou na míru vytvářené molekuly porfyrinů (základ hemoglobinu nebo chlorofylu), jimž lze podle potřeby přidávat a odebírat elektrony (tedy mohou existovat v oxidovaných nebo redukovaných stavech). Jednu ze zkoumaných molekul lze takto přivést až do 8 různých stavů, což umožňuje uložení 3 bitů - molekula přitom měří zhruba jeden nanometr.
Úplně jinou cestu zvolila společnost Nanochip. Jako média využívá látek, které mohou existovat v krystalické nebo amorfní podobě. Záznam a čtení dat pak probíhá v podstatě mechanicky. Zatímco hustota uložení dat se teoreticky pohybuje v řádu Tb na palec čtvereční, potýká se mechanický přístup prozatím s nepříliš velkou rychlostí, to by však měla vyvážit nízká cena těchto pamětí.

Informace na webu

Analýzy a studie NanoMarkets - http://www.nanomarkets.net/
Nantero - http://www.nantero.com/
Animace ukazující fungování technologie NRAM - http://www.nantero.com/nram.html
ZettaCore - http://www.zettacore.com/
Nanochip - http://www.nanochip.com/