Immer kleinere Bits (1/2):
Neue Nano-Speichertechnologien

Die in Computern zu speichernden Bits werden immer mehr – und immer kleiner. Wie werden die Daten wohl in 20 Jahren noch effektiver gespeichert? Ein Blick auf einige mögliche Zukunftstechniken.

IBM Racetrack-Speicher (Bild: U.S. Patent Office)

IBM Racetrack-Speicher (Bild: U.S. Patent Office)

IBM ist mit der Entwicklung der Computertechnik stark verknüpft und versucht, im Labor neue Technologien auszutüfteln. Eine davon – von Stuart Parkin vom IBM-Forschungszentrum in Almaden, Kalifornien, erdacht – nennt sich “Racetrack“: Hier werden die Informationen in Magnetfeldern in nanodünnen Nickel-Eisendrähten gespeichert – sozusagen die Miniaturversion des Vorläufers des Tonbands, dem Stahl-Tondraht, mit dem die magnetische Datenspeicherung einst in den 30er-Jahren des letzten Jahrhunderts begann.

Im Unterschied zum Tonbandgerät bewegen sich die Racetrack-Nanodrähte jedoch nicht mechanisch an einem Lesekopf vorbei, um in diesem eine auslesbare Spannung zu induzieren, sondern die magnetisierten Zonen im Draht werden durch Stromimpulse in Bewegung gesetzt und bewegen sich dann von sich aus vor dem Lesekopf vorbei. Die Zugriffszeiten sollen mit dem in heutigen Computern verbauten DRAM vergleichbar sein. Bei Stromausfall bleiben die gespeicherten Daten jedoch im Gegensatz zu RAM-Speicher erhalten. 2008 zeigte IBM den ersten Prototypen, Ende 2011 sprach der Computerhersteller von «baldiger Produktionsreife».

Ein weiterer neuartiger magnetischer und damit nichtflüchtiger Speicher ist der Memristor, eine nanodünne Schicht aus Titandioxid. Dieses Bauteil – schon 1971 von Berkeley-Professor Leon Chua als «viertes passives Bauelement» nach Widerstand, Spule und Kondensator vorausgesagt, doch erst 2008 von Hewlett-Packard entdeckt – ändert seinen Widerstand abhängig davon, wie gross die Ladung ist, von dem es zuvor durchflossen wurde. Also ein «Widerstand mit Gedächtnis» – deshalb der Name «Memristor».

Diese Technik erreicht zwar erst ein Zehntel der Geschwindigkeit von DRAM, doch werden in ersten Designs bereits Kapazitäten von 100 GB erwartet und die Serienfertigung ab 2013. Der Vorteil dieser Technologie: doppelte Speicherdichte im Vergleich zu Flash-Speicher und zehnfache Lebensdauer. Fujitsu, Samsung und wieder IBM haben ähnliche Bausteine – hier ReRAMs, resistive RAMs genannt – in der Entwicklung. 2010 haben Forscher der Rice University, Texas, USA zudem ein ähnliches Bauelement aus Siliziumdioxid-Nanodrähten entwickelt, womit weit kostengünstiger als bei Titandioxid die heutige Halbleiterfertigungstechnik sowie ein preiswerteres Grundmaterial zur Produktion verwendet werden könnte. CMOx als nichtmagnetische neue Speichertechnik ist ebenfalls im Gespräch.

An noch einer neuartigen Speichertechnik hat neben deutschen Wissenschaftlern wieder einmal IBM mitgewirkt. Auf den ersten Blick wieder ein magnetisches Speicherverfahren, analog zu den heutigen Festplatten. Tatsächlich aus sogenannten anti-ferromagnetischen Eisenatomen aufgebaut und sehr kompakt: Ein Bit passt auf nur zwölf Atome! Doch leider ist dieser Datenspeicher nur mit einem Elektronenmikroskop beschreib- und auslesbar, und dies bei Temperaturen von gerade mal fünf Kelvin. Damit ist es ein rein theoretisches Speicherkonzept, das noch lange nicht für echte, kompakte und schnelle Datenspeicher verwendbar ist.

Ein aus der Kernspintomografie entstandenes Speicherverfahren, das nicht mit «Tonbändern», sondern einem «Plattenspieler» funktioniert, stellen wir in Teil II vor.

 

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2 Kommentare

  1. Was ist mit dem Tesa-Film, da war doch auch mal was?

    • Das war optisch und nicht magnetisch. Aber ob das je eine ernsthafte Sache war oder nur ein PR-Gag, da bin ich mir nicht so sicher. Ich kann mir sinnvollere optische Speichermedien vorstellen als Tesa-Film, der ja nun nicht gerade langzeitstabil ist mit der Kombination aus Plastik, Weichmachern, Klebstoff mit anderen Weichmachern etc..

Ein Pingback

  1. [...] schrieb über Nano-Speichertechnologien und führte das Thema aus bis hin zu Flüssigkeiten als Speichermedien. Klingt nach spannender [...]

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