Эпоха жёстких дисков и твердотельных накопителей ещё далека от своего завершения, но ежечасно растущие аппетиты индустрии на предмет сохранения бесконечного объёма данных стимулируют поиск способов для более плотного хранения информации. В случае традиционных накопителей всё чаще технологии хранения отдельных битов описываются чуть ли не молекулярными масштабами, но что если попробовать записывать информацию непосредственно в молекулы, упаковывая петабайты данных в горошину?
Масуд Мансурипур, профессор Университета Аризоны, в своей работе «Прогресс в макромолекулярном хранении данных», опубликованной недавно в профильном издании SPIE Optical Data Storage, описывает систему хранения данных молекулярного уровня с чрезвычайно высокой плотностью размещения, для функционирования которой необходима технологическая комбинация генного программирования, микрогидродинамики, электрокинетического перемещения (электрофореза), сканирующих туннельных микроскопов и полимерной инженерии.
С технической точки зрения создание молекулярного накопителя не является свежей идеей в чистом виде, по сути, эксперименты с кодированием ДНК в какой-то мере являются вариацией на тему молекулярной записи информации. Однако в отличие от единичных лабораторных опытов, концепция проф. Мансурипура, над которой он работает более десятилетия, потенциально весьма близка к выходу на коммерческие рельсы.
В отличие от архитектуры современных накопителей, в которых записанные данные расположены в чётко определённом расположении, молекулярный накопитель проф. Мансурипура выполнен и использованием плавающих хранилищ данных в виде молекул и фиксированных зон чтения/записи, а сами молекулы с данными переносятся внутри накопителя с помощью сверхтонких гидродинамических транспортных каналов.
Макромолекулы, составленные из двух или более основ, вытягиваются в сверхдлинные по молекулярным меркам последовательности протяжённостью порядка 1 см. Такие «инфолекулы» формируются в точке записи данных и затем перемещаются в парковочные зоны до тех пор, пока не будут вызваны в точку считывания. Перемещение «инфолекул» производится под воздействием электричества с помощью электрофоретической передачи. Сканирующей туннельный микроскоп во всей этой конструкции применяется для атомарно точной записи и считывания бинарных данных на изначально «чистые» макромолекулы.
Считывание «инфолекулы» происходит в момент её прохода через считывающую головку в нанопоре мембраны — именно так работает технология генного секвенирования, достаточно долгое время успешно применяемая, в том числе, для чтения ДНК. Адресные линии подсказывают системе место парковки молекул, микрофлюидная система перемещает выбранную молекулу к точке чтения-записи.
Вся аппаратная часть молекулярного хранилища в составе пунктов чтения-записи, микрогидроканалов и парковочных зон может быть выполнена в виде крохотного устройства толщиной всего 10 микрон, и уже из этих микрохранилищ выстраивается стек необходимой ёмкости.
Несмотря на кажущуюся сложность такого гибрида на базе сразу нескольких технологий наноуровня, нельзя не признать факт: все компоненты для создания подобного молекулярного накопителя на сегодняшний день существуют и представляют из себя вполне обкатанные и масштабируемые решения. Коммерциализация же подобной идеи потребует невероятного объёма инвестиций и привлечения экстраординарной команды специалистов в различных областях науки.
По мнению проф. Мансипура, предложенный им концепт молекулярного накопителя позволяет хранить петабайты данных в объёме одного кубика сахара (1 куб. см), при этом скорость чтения-записи информации может достигать сотен мегабайт в секунду. Вполне возможно, что такая скорость, особенно на первых порах, будет совершенно неподходящей для промышленных хранилищ и баз данных. Однако не стоит забывать об огромном рынке архивного хранения. Не исключено, что скромная стойка с молекулярным хранилищем ёмкостью в несколько экзабайт и по экономическим, и по скоростным характеристикам вполне сможет конкурировать с ленточными накопителями в обозримом будущем.
