Snelle switch voor magnetische nanonaalden ontwikkeld

Onderzoekers hebben een methode ontwikkeld om de polen van kleine magnetische domeinen zeer snel om te keren. De techniek zou kunnen leiden tot een mechanisme voor data-opslag dat compact is en snel kan worden beschreven.

Het onderzoek naar de kleine magneten met hun velden vond plaats aan het Max-Planck-Institut für Metallforschung en de universiteiten van Gent en Regensburg onder leiding van Hermann Stoll. De onderzoekers maken gebruik van kleine magnetische deeltjes, met een diameter van ongeveer 1,6 micrometer, die van een legering van nikkel en ijzer worden gemaakt. Deze Permalloy-magneetplaatjes hebben een magnetisch veld waarvan de noord- en zuidpolen haaks op de plaatjes naar boven en beneden worden geprojecteerd, waarmee ze als bits kunnen dienstdoen.

Vijf jaar geleden ontwikkelden de Duitsers een methode om met externe magneetpulsen het magnetisch veld van de nanodeeltjes om te keren. De pulsen werden destijds met een frequentie van 240MHz gegeven. Door die frequentie op te voeren tot 5GHz konden de noord- en zuidpolen binnen 0,2 nanoseconde worden omgekeerd, terwijl daarvoor eerder 4 nanoseconde nodig was. De hogere pulssnelheid blijkt zogeheten spin-golven in de magneetvelden te veroorzaken, die het veld doen omklappen.

Volgens de onderzoekers biedt de techniek nog ruimte om de polen van de magneetjes nog eens met een factor tien sneller te laten omschakelen. Bovendien kunnen de magneetdomeintjes kleiner gemaakt worden. De ruimte die de magneetpool-'naaldjes' nodig hebben om om te draaien bedraagt slechts enkele tientallen nanometers. Bovendien is met de nieuwe methode slechts een zwak extern magneetveld nodig om de polariteit om te draaien. Die eigenschappen zouden de magneetjes geschikt maken als opslagmedium dat zeer snel data kan wegschrijven.

Reacties (50)

[Blazing-Studios]

zou dit een eventuele opvolger van de standaard schijven zijn?

[Verwijderd]

volgens mij nog niet, het kost nu nog teveel ruimte om 1 bit om te laten draaien. Volgens het artikel enkele tientallen nanometers, terwijl transistors geen ruimte nodig hebben om om te draaien. en vooralsnog makkelijker zijn aan te sturen

[Lethalshot]

Transistoren hebben volgens jou geen ruimte nodig? Torren hebben gewoon een fysieke ruimte nodig (die best groot is, het 25 nanometer process slaat op de dikte van de gate van de transistor, de hele transistor is stukken groter) en daarnaast hebben ze een condensator nodig om het bit in op te slaan, welke ook veel ruimte inneemt. Dus als er nu slechts tientallen nanometers aan ruimte nodig zijn zie ik dit als een reële kansmaker voor static RAM op hoge snelheden, mits het aanstuurcircuit natuurlijk evenredig klein gehouden kan worden.
Als er in 0,2 nanoseconde kan worden geschakeld zijn frequenties van theoretisch 2,5 GHz mogelijk, wat een hoge doorvoersnelheid mogelijk maakt. Bovendien omdat dit static ram is zou je eindelijk je computer gewoon uit kunnen zetten en direct verder kunnen gaan waar je gebleven was als je hem weer aanzet (op het cache geheugen van je processor na).
Misschien dat op lange termijn deze techniek ook voor grote volumes (HDD) kan worden ingezet en dat daarmee het RAM overbodig wordt.

[Aham brahmasmi]

Als er in 0,2 nanoseconde kan worden geschakeld zijn frequenties van theoretisch 2,5 GHz mogelijk, wat een hoge doorvoersnelheid mogelijk maakt. Bovendien omdat dit static ram is zou je eindelijk je computer gewoon uit kunnen zetten en direct verder kunnen gaan waar je gebleven was als je hem weer aanzet (op het cache geheugen van je processor na).
Misschien dat op lange termijn deze techniek ook voor grote volumes (HDD) kan worden ingezet en dat daarmee het RAM overbodig wordt.

Een dergelijk verhaal werd meer dan 5 jaar terug ook over MRAM (en ook phase change RAM trouwens) gehouden, maar daar zien we ook nog steeds niets van terug.

[Reactie gewijzigd door Aham brahmasmi op 31 juli 2024 15:15]

[0rbit]

Het is niet de dikte, maar de lengte van de gate. De dikte is de afmeting van het laagje loodrecht op het vlak, de lengte de fysieke grootte in het vlak. De dikte ligt inmiddels onder de nanometer als ik het me goed herinner

[Verwijderd]

Waar heb je het over? Transistors? Geen ruimte nodig?

Een standaard HDD heeft gewoon ronddraaiende plaatjes met al dan niet magnetische zones. De 0 en de 1 daarop maken de data, dat neemt gewoon ruimte in hoor.

Ik kan er geen zinnig woord over zeggen over de data per inch, maar het lijkt me dat deze techniek daar in de toekomst ook geschikt voor zal zijn!

[Verwijderd]

ik heb het niet over HDD's, transistors zitten in SSD's. Momenteel kunnen ssd's gefrabriceerd worden met een detailgrootte van 25 nanometer. Enkele tientallen nanometers ruimte die deze "bits" uit het artikel nodig hebben om om te draaien zou dus niet opwegen tegen een transistor van 25 nm.
Laat staan dat daar nog de aanstuurlogica bij komt.

Voor HDD's geldt er een hele andere regel. Daar moeten bits wel gemagnetiseerd of gedemagnetiseerd worden. Maar om nou fysiek een pinnetje om te draaien op een draaiende schijf lijkt me niet ideaal.
Van de andere kant zou je in dat geval met een simpele magneet een hele harddisk weer naar 0 of 1 kunnen zetten, een gegarandeerde clean wipe dus.


Zowieso zal er in de toekomst naar mijn inzien worden afgestapt van mechanische onderdelen.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 31 juli 2024 15:15]

[knirfie244]

Degene waar je op reageerde heeft het wel over gewone hdd's. Dus als jij het dan opeens over transistoren hebt dan is dat onduidelijk


Daarnaast is je 25nm opmerking niet helemaal correct/compleet. De detail grootte is dan wel 25nm, maar er is heel wat meer nodig als 1 transistor om een bit te vormen, en in SLC/MLC heb je ook een serieuze hoeveelheid logica zitten om alles werkend te krijgen en werkend te houden.

De enkele tientallen nanometers per bit is een gigantische verbetering t.o.v. huidig 25nm SLC/MLC geheugen.

[Reactie gewijzigd door knirfie244 op 31 juli 2024 15:15]

[0rbit]

Sterker nog; die 25nm slaat op de lengte van de gate. De gehele transistor is een tikje groter. En dan spreken we nog maar even niet over de omliggende logica die je nodig hebt om een bitje op te slaan en vooral de draden er tussen; die liggen heel wat verder uit elkaar dan de gate length, om begrijpelijke redenen

[supersnathan94]

het gaat hier puur om de omschakeling van de polariteit toch? in de zin dat daardoor een naaldje valt of staat. dat is bij conventionele HDD's ook zo hoor.

Volgens de onderzoekers biedt de techniek nog ruimte om de polen van de magneetjes nog eens met een factor tien sneller te laten omschakelen.

ik zie hier wel een goed ontwikkeling zeker als ze sneller en goedkoper zijn dan nórmale HDD's:

Die eigenschappen zouden de magneetjes geschikt maken als opslagmedium dat zeer snel data kan wegschrijven.

[Verwijderd]

Er wordt geen fysiek pinntje omgedraaid. Het magnetisch veld in de magneet wordt omgedraaid. Net zo als dat in een harddisk gebeurt.

[Verwijderd]

Hij heeft het over "standaard schijven" en jij begint over ssd's? Sinds wanneer zijn die al standaard?

[cnieuweboer]

Of uberhaupt schijven?

[Reactie gewijzigd door cnieuweboer op 31 juli 2024 15:15]

[Aham brahmasmi]

Of uberhaupt schijven?

De D in SSD staat nochtans voor disk, wat schijf betekent.

[braaibander]

Mar hoe toepasbaar is dit? als je met een klein magnetisch veld al de data kan beïnvloeden, hoe bescherm je het dan tegen de velden die constant om ons heen zijn?

[BRAINLESS01]

Een klein magnetisch veld dat met een frequentie van 5GHz wisselt... daarvan zijn er niet zo gek veel in de omgeving te vinden.

[Aham brahmasmi]

Een klein magnetisch veld dat met een frequentie van 5GHz wisselt... daarvan zijn er niet zo gek veel in de omgeving te vinden.

Bij 240MHz klapt de polariteit ook om, alleen iets langzamer, aldus het artikel.

[themac1983]

Dat vroeg ik me dus ook af.. Wat gebeurt er als je je smartphone ernaast legt?

[Limaad]

Wat dacht je van afschermen? Dat gebeurt tegenwoordig ook al gewoon toch?
Nu wordt het misschien nog gevoeliger voor magnetische velden, maar dan moet je het gewoon ook wat beter afschermen?

[Verwijderd]

Even ter vergelijken en mezelf even te oriënteren. Wat is de gemiddelde schrijfsnelheid van een gemiddelde SSD/HDD of RAM?

[ChaoZero]

Inderdaad! Hoelang doet de gemiddelde HDD of SDD over het omkeren van een bitje?
Moet ik me voorstellen dat deze nanonaalden op platters geplakt worden zoals conventionele HDD's? Of komen ze in een chip te zitten?

[Reactie gewijzigd door ChaoZero op 31 juli 2024 15:15]

[eclipse____]

Als ze pulsen geven aan 5 GHz, dan lijkt het me logisch dat bij elke puls 1 bitje geschreven kan worden. Dus 0.2 nanoseconden per bit (bij een oudere techniek) lijkt mij dus verwaarloosbaar.

Wat ik mij afvraag is de oppervlakte per bijvoorbeeld 1 TB. Capaciteit is voor mij op dit moment een stuk belangrijker dan schrijfsnelheid. Ik zou graag stickjes van bijvoorbeeld 1 of 2 TB zien verschijnen, maar dat is blijkbaar veel moeilijker dan de snelheid te verhogen.


@ Hieronder: Ja ik snap dat volledig, het is ook vrij logisch. Het zijn enorme hoeveelheden "iets" dat een bit moet vormen op kleine oppervlakken.

Ik haal dat aan omdat uit het artikel gemakkelijk te lezen is dat de schrijf- en leestijden bijzonder klein zijn, maar ik krijg er zomaar geen oppervlaktes uit.

[Reactie gewijzigd door eclipse____ op 31 juli 2024 15:15]

[tweakerss]

Je snapt hopelijk ook waarom dat een stuk lastiger is dan simpel de snelheid te verhogen?

[Aham brahmasmi]

Capaciteit is voor mij op dit moment een stuk belangrijker dan schrijfsnelheid. Ik zou graag stickjes van bijvoorbeeld 1 of 2 TB zien verschijnen, maar dat is blijkbaar veel moeilijker dan de snelheid te verhogen.

Daar is niks moeilijks aan. Flashgeheugen kost gewoon veel per GB, veel meer dan magnetische opslag (harddisk, tape).

[Verwijderd]

SSD's schrijven >1 bit per "cycle". Het is dus nogal lastig om te zeggen wat de snelheid is, zeker omdat de theoretische en werkelijke snelheid nogal verschillen...

Bij een hardeschijf is het nog vervelender; hij doet het supersnel, maar als hij er net voorbij is, moet je een rondje wachten voordat hij weer kan schrijven.

Bottomline; snelheden die hier genoemd worden zijn niet/nauwelijks om te rekenen naar tijdwinst bij computeren.

[Rob Coops]

Dus eigenlijk zeggen onze Duitse vrienden dat ze een mogelijkheid gevonden denken te hebben om niet alleen de harddisk meer capaciteit te geven maar ook nog eens een stuk sneller data op te laten slaan...

Het zou zo maar kunnen dat als dit ook buiten het lab mogelijk is de SSD's misschien nog wel even wat langer moeten wachten met hun plannen voor world domination

Het is grappig om te zien dat het nog steeds mogelijk is om meer en meer snelheid en data dichtheid te bereiken met een techniek die al voor IT begrippen stok oud is.

[DamonTheron]

Als je dit gaat toepassen in traditionele HDD's zit je nog steeds met de grootste limiterende factor: de uitslagtijd van de arm met de read/write-kop. Dit zou daarom geen enorm grote impact hebben op de schrijftijd van schijven en al helemaal weinig op de leestijd.

Ik kon het zo snel niet uit het artikel opmaken, maar volgens mij is deze techniek vooral interessant om toe te passen in een SSD-setting.

[supersnathan94]

hmm ik vraag mij af je niet een soort van meedraaiende kop o.i.d. kan realiseren waardoor je parrallel data kan schrijven. dat je dus niet een kop per platter hebt, maar enkele tientallen. lijkt mij een volgende stap voor supersnelle opslag van grote bestanden zoals bijvoorbeeld bij videobewerking het gerval is.

[DamonTheron]

Ik ben bang dat iets dergelijks niet echt haalbaar is. Anders zou dit naar mijns inziens toch allang zijn gerealiseerd. Misschien is het commercieel onaantrekkelijk omdat dit kaarten enorm duur zou maken.

Daarnaast is het op zo'n moment een stuk simpeler om gewoon een SSD te kopen, en waarschijnlijk goedkoper ook.

[Aham brahmasmi]

hmm ik vraag mij af je niet een soort van meedraaiende kop o.i.d. kan realiseren waardoor je parrallel data kan schrijven. dat je dus niet een kop per platter hebt, maar enkele tientallen. lijkt mij een volgende stap voor supersnelle opslag van grote bestanden zoals bijvoorbeeld bij videobewerking het gerval is.

Parallel lezen/schrijven gebeurt in SSD's, die dan ook voor videobewerking en opname gebruikt worden.

[supersnathan94]

ja alleen jammer dat de ze zo klein zijn en je er maar een paar uur HD of 4K materiaal op kwijt en geloof me daar zit je zo aan. de enige goede oplossing daarvoor is meerdere grote schijven in raid of een PCIexpress idee gebruiken dat nog veel sneller is ook. maar toch lijkt mij een Hardeschijf dan veel handiger i.v.m. opslag van het materiaal.

[0rbit]

Iedereen die professioneel met video werkt kan gemakkelijk een SSD array betalen anders Voor opname en bewerking een uitkomst. Voor definitieve opslag kun je inderdaad gewoon een NASje gebruiken. Overigens; RAID is natuurlijk niet echt bedoeld voor opslag in de zin van "veilig". Je zult alsnog backups moeten trekken. En waar denk je dat grote videoarchieven op gebackupped worden? Juist. Op tapes!

[Artimunor]

zou dat dan
1 / 0,0000000002 / 8 = 625 mb/sec zijn
met nog ruimte in de techniek om uit te breiden naar ongeveer 6gb/sec?

[DamonTheron]

Vergeet je niet de overhead mee te rekenen? De controller moet bits zoeken, dan lezen, controleren en het volgende bit zoeken.
Bij HDD's zit je vooral nog met de uitslagtijd van je read/write-arm.
Bij SSD's zit er natuurlijk ook latency in het grid van de NAND chip zelf. Dit zal de performance zeker beïnvloeden.

[Reactie gewijzigd door DamonTheron op 31 juli 2024 15:15]

[DamonTheron]

Dit lijkt me erg interessant voor het vernieuwen van SSD's. Van wat ik tot nu toe heb gelezen over deze nanodraden hebben deze vrij weinig last van de korte levensduur waar huidige NAND-cellen mee kampen.
Het enorm snelle schakelen zal ook helpen bij het schrijven van data, maar het lijkt mij dat dit niet de bottleneck is waar SSD's mee kampen. Volgens mij zit deze juist in de RAS/CAS latency waar RAM ook mee kampt.

[Verwijderd]

toevallig, vorige week droomde ik nog over deze techniek,
zodra de scandinavische consument kan spelen met deze nanotechnologie, en nano spoelen kan creeren,

word het nog moeilijker voor de oliemaatschappij daar de techniek om electriciteit die ze halen uit de flux van neodymium, tegen te gaan.

en ja ik heb ze gezien hoor, 17KW mechanische generatoren.
probeer dat hier, en je hebt een kapitalistische kogel te pakken

[Verwijderd]

tja ga mij af vragen wat het op lange termijn gaat halen ssd of harddisk ook op massaopslag leuk die ontwikkeling die kosten erg veel geld en met de verschillende standaarts in de markt kost het nog veel meer. Zou zeggen standaart commisie's voor ICT trek uw besluit

[ChaoZero]

O bedankt!

We weten nog niet op welke dichtheid de nanonaalden bruikbaar zijn. De nanodraden kunnen gezet worden binnen 0.2ns. Wat daarna gebeurt (onderweg naar het zetten van het volgende bit) is nog onbekend.

Jouw SSD zou er (175megabyte=183500800bits per seconde. 1/183500800=0.000000005=)5 nanoseconde over doen, INCLUSIEF overhead (controleren, volgende bit zoeken). Die 0.2 nanoseconde klinkt dus erg goed. Dit is namelijk slechts 1/25e van de tijd die jouw ssd gebruikt voor de totale bewerking.

Edit: O. je notatie klopt niet! 175 mb/s is niet echt snel voor een SSD! ~21.8megabyte per seconde. sommetje aangepast.

[Reactie gewijzigd door ChaoZero op 31 juli 2024 15:15]

[Onno !]

Even rekening houden met byte > bit...

175 MB/s = 183.500.800 * 8 bits per seconde.

1 / 14.680.006.400 = 7,14 E-10 = 0,7 ns per bit

De SSD zal alleen wel parallel werken, dus de hele berekening slaat de plank mis
edit: en inderdaad het feit dat er veel meer bij komt kijken zoals ChaoZero al zegt...

[Reactie gewijzigd door Onno ! op 31 juli 2024 15:15]

[ChaoZero]

zag het al en is aangepast. Megabit naar megabyte is echter niet slechts een factor 8!
175megabyte is 1024x1024x175 bits.

Daarnaast: de berekening is uberhaupt niet kloppend te maken. De timings van de SSD gaan over de gemiddelde gehele bewerking. Bit zoeken, lezen, eventueel zetten, controleren, bit zoeken (tegelijk of één voor één daargelaten; gemiddeld ).
Dat de nieuwe techniek 1 bitje kan omzetten binnen 1-25ste van de tijd van de gehele cyclus van de SSD klinkt wel als een concept dat snelheidswinst kan leveren;)

[Reactie gewijzigd door ChaoZero op 31 juli 2024 15:15]

[dustin]

hdd of floppy? 50 mb/s is wel erg weinig.

[.oisyn]

Hij bedoelt natuurlijk MB/s, duh . Het aantal millibits per seconde is een nogal zinloze eenheid.

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 31 juli 2024 15:15]

[supersnathan94]

millibits? waar heb jij het over? als dat het geval is heb je echt een heule trage HDD XD. waarschijnlijk bedoelt meneer 50 Megabyte/s en dat is ook niet erg snel. twee snelle schijven in raid halen al gauw 200 MB/s en die zijn veel goedkoper dan een SSD.

[Verwijderd]

Tja, kleine m en kleine b staat nu eenmaal voor milli en bit...
Ik sta er nog altijd van verbaasd dat zelfs op Tweakers mensen niet weten wanneer ze hoofd en kleine letters moeten gebruiken...

[Paul]

Ik sta er nog altijd van verbaasd dat zelfs op Tweakers mensen niet weten wanneer

En ik sta nog altijd verbaasd van mensen op Tweakers die daar niet doorheen kunnen prikken.

Tweakers.net is geen wetenschappelijk tijdschrift, uit de context valt best op te maken dat er megabyte per seconde bedoeld wordt, en dan wel de variant die met machten van 2 werkt
---------------------------------------------------------------------------------------

Het eerste wat men bij dit soort nieuws roept is 'hoe snel wordt het?', 'hoeveel GB krijg je dan?', 'waar koop ik zo'n ding?' etc. Die vragen zijn echter nog lang niet te beantwoorden, vooralsnog is dit wetenschappelijk onderzoek naar low-level methodes om data op te slaan. Ik zou er niet vanuit gaan dat er binnen 5 jaar hardware commercieel verkrijgbaar is die hier gebruik van maakt.

Ze hebben nu 5 jaar nodig gehad om het sneller te maken, tel daar nog maar zoiets bij op voordat ze 8 biljoen van die dingen in een doosje van 3x10x15 cm krijgen, en dan nog een paar jaar voordat ze een commerciële partij hebben gevonden die er brood in ziet, een SATA-aansluiting aan klust en het op de markt zet

[Reactie gewijzigd door Paul op 31 juli 2024 15:15]

[supersnathan94]

owja sorry was ff in de war met Mb XD. maar dan nog beetje zinloze comment lol. iedereen hier weet gelukkig wel dat mb of Mb bij hardeschijven en de schrijfacties daarvan natuurlijk MB moet zijn toch?

[.oisyn]

God zeg anders snap je mijn reactie even niet

Melvinnie heeft het over 50 mb/s. Dustin reageert daarop dat dat wel heel erg weinig is, dus ga ik er vanuit dat hij het heel flauw interpreteert als 50 millibits per seconde, precies zoals de letters aangeven. Onzin natuurlijk, Melvinnie bedoelt gewoon MB/s, oftewel megabytes per seconde.

[0rbit]

2 schijven in RAID0 zijn niet sneller dan een SSD zolang je niet definieert wat je met "snelheid" bedoelt. Sequentiele transfer? Dat is tegenwoordig al kantjeboord. Ik denk dat de SSD het net wint. Random access? Daar is de SSD heer en meester.