중국의 연구자들이 데이터 저장 및 암호화를 위해 유기 분자를 활용하는 혁신적인 고밀도 분자 저장 시스템을 개발했습니다. 이 기술은 100TB를 초과하는 초고밀도 저장 장치의 잠재적 생성을 가능하게 하며, 저장 공간 요구 사항과 전력 소비를 크게 줄입니다.
이 시스템은 분자 상태를 조작하여 데이터를 기록하고 검색하는 특수한 원자 힘 현미경(Atomic Force Microscope, AFM)을 사용하여 작동합니다. 전통적인 HDD가 자성 재료에 의존하는 것과 달리, 이 분자 HDD 기술은 전압에 노출될 때 전기적 특성이 변하는 미세한 분자를 사용합니다. 연구자들은 얇은 단일층에 배열된 200개의 자가 조립된 Ru LPH 분자를 활용했으며, 루테늄 이온이 산화 상태를 전환하여 물질의 전도성을 조절할 수 있게 합니다. 전도성 원자 힘 현미경(C-AFM) 팁은 25nm의 반경을 가지며, 작은 전압을 적용하여 데이터를 기록하고 읽어내어, 다중 레벨 셀 NAND 기술과 유사하게 단위당 96개의 서로 다른 전도 상태를 허용합니다.
이 분자 HDD 시스템의 주요 장점 중 하나는 극히 낮은 전력 소비로, 읽기 및 쓰기 작업에서 피코와트(pico-watt) 범위에서 작동합니다. 그러나 실제 드라이브의 전체 전력 소비는 모터에 필요한 전력 때문에 여전히 전통적인 HDD와 비슷할 수 있습니다. 자가 조립된 단일층의 예상 두께는 약 2.54nm이며, 분자의 밀집 배열로 인해 약 9.6Gbit/inch²의 데이터 밀도를 제공하여 2030년대까지 120TB 이상의 용량을 기대하는 미래 HDD와 일치합니다.
이 기술은 유망한 특성을 가지고 있지만, C-AFM 팁의 짧은 작동 수명(간헐적으로 50~200시간, 연속 사용 시 5~50시간)이라는 중대한 도전에 직면해 있습니다. 이 제한은 더 내구성이 강한 팁이 개발되지 않는 한 장기 대규모 저장 응용 프로그램에 큰 장애물이 됩니다. 이러한 공학적 도전 과제가 극복된다면, 분자 저장 기술은 차세대 HDD 및 아카이벌 테이프 저장의 밀도를 맞추거나 초과할 수 있을 것으로 보이지만, 현재로서는 상업적 실현 가능성에 상당한 장애물이 있는 실험적 기술로 남아 있습니다.
또한, 분자 HDD는 비트 단위 XOR 연산을 통해 내장 암호화를 구현할 수 있어, 분자 수준에서 안전한 데이터 인코딩을 가능하게 하고 저장 장치 내에서 직접 논리 연산을 수행할 수 있어 추가적인 컴퓨팅 파워의 필요성을 줄입니다. 그러나 이 기술의 잠재력은 열 보조 자기 기록 기술(Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)의 발전에 의해 가려질 수 있으며, HAMR 기술은 분자 HDD가 성숙기에 도달할 때 대량 생산될 것으로 예상됩니다.
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