Atoma Veri Kaydeden Hard Disk

Dünyanın en küçük hard disk sürücüsü tek tek atomlara veri kaydediyor. Her 1 kilobayt veriyi tek klor atomuna yazan süper kompakt hard disk ile futbol sahası büyüklüğündeki bir veri merkezini tek TIR’a sığdıracak ve böylece iklim değişikliğine yol açan küresel ısınmayı azaltacağız. Nasıl mı? Birlikte görelim.

Atoma veri yazmak kolay mı?

Hiç değil, ama insanlık her gün 1 milyon terabayt yeni veri üretiyor. Bu da yılda 365 milyon terabayt demek ve veri merkezlerindeki sınırlı depolama alanıyla bunun altından kalkmamız imkansız; çünkü internette her yıl daha fazla veri üretilirken, veri depolama kapasitesi gittikçe artan farkla geri kalıyor.

Üstelik 10 yıldır böyle ve bu sorunu daha fazla veri merkezi inşa ederek çözemeyiz. Bir kere emlak fiyatları açısından bakarsak dünyada yer yok (boş araziyi güneş paneliyle elektrik üretmeye ayırıyoruz). İkincisi dev veri merkezleri enerji ve soğutma maliyetlerini artırarak küresel ısınmayı hızlandırıyor.

Bu durumda tek çaremiz veri depolamakta kullanılan hard disk sürücülerini küçültmek. Şansımıza bunlar PC işlemcisi gibi değiller. Günümüz CPU’ları gibi birbirine molekül kadar yakın olan bakır telli mikro transistorlarla çalışmıyorlar; yani küçülme nedeniyle aşırı ısınmaya bağlı kısa devre sorunu yok.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Router Modem

 

SSD çıktı, unuttun mu?

Unutmadım; ama günümüzdeki SSD’ler tüm veri merkezlerinde kullanılacak kadar yüksek kapasiteli değil. Daha da önemlisi SSD teknolojisi atom boyunda veri kaydedecek kadar gelişmiş ve verimli değil.

Kısacası veri merkezlerini SSD’ye geçerek küçültemeyiz ve elektrik tüketimini SSD ile azaltamayız. Tek çare hard disk sürücülerini (HDD) küçültmek: İş büyük miktarda veri depolamaya gelince elimizdeki en ekonomik ve verimli çözüm hard disk teknolojisi (alternatifi çıkana kadar da öyle kalacak).

Delft Üniversitesi Kavli Nanobilim Enstitüsü de hard disk küçültme işini fiziksel sınırlarına dayandırdı ve her 1 kilobayt (8192 bit) veriyi tek bir klor atomuna kaydetmeyi başardılar. Atom ölçeği kuantum fiziğine tabi olduğu için daha fazla küçülme istiyorsak kuantum bilgisayarlara geçmemiz gerekiyor.

İlgili yazı: Özgür İnternet için TOR’dan 10 Kat Hızlı Riffle

 

Belleksiz bilgisayar

Hafızasını kaybetmiş insana benzer. Bu nedenle CPU’ları küçültmek yeterli değil. İster klasik bilgisayar olsun, ister kuantum bilgisayar, nano sistemler için uzun süreli depolama alanını da küçültmek zorundayız. Eskiden trilyonlarca atoma tek bit veri kaydediyorduk. Şimdi tek atoma 1 kilobayt veri kaydediyoruz.

Nano hard disk geliştirme ekibinin başında olan fizikçi Sander Otte konuyla ilgili açıklamasında, “Teorik olarak bu veri depolama yoğunluk düzeyinde insanların yazdığı bütün kitapları tek posta pulu büyüklüğündeki bir alana kaydedebiliriz” diyor.

Santimetrekareye 500 terabit

Veri depolama yoğunluğu derken santimetrekareye 500 terabit veri depolamaktan söz ediyoruz. Bu da günümüzün en gelişmiş ticari hard disk ürününden 500 kat yüksek kayıt yoğunluğu demek.

İlgili yazı: Gücü Kullan! >> Laptop ve tablette pil ömrünü uzatmanın en pratik 10 yolu

 

Altta daha çok yer var

Sosyal ağ hesaplarımdan #FlexingMyFingers etiketiyle yaptığım paylaşımlarından birinde alıntıladığım gibi ünlü fizikçi Richard Feynman, “En altta daha çok yer var” demişti. 1959 yılında meslektaşlarını günümüz teknolojisiyle mümkün olan en küçük ölçekte, yani atom ölçeğinde çalışmaya davet etmişti.

“En Altta Daha Çok Yer Var” başlıklı bir konuşma yapan Feynman, atomların yüzde 99’unun boşluktan oluştuğunu belirtmişti. Gözlemlenebilir evrende 10⁷⁸ ila 10⁸² atom olduğu tahmin edildiğine göre, potansiyel depolama alanını varın siz düşünün! Bu yüzden futbol sahası büyüklüğündeki sunucu çiftliklerini yakın gelecekte tek TIR’a sığdıracak olmak size imkansız gelmesin.

Otte ve ekibi de ileri görüşlü Feynman’ın anısına yaptıkları hard disk kayıt denemesinde fizikçinin ünlü konuşmasını 100 nanometre (nm) genişliğindeki bir alana sığdırdılar (1 nanometre metrenin milyarda birine karşılık geliyor).

Bunun için de 96 nm genişliğinde ve 126 nm yüksekliğinde bir taramalı tünel mikroskopu ucu kullandılar. Üstelik konuşma metnini hard disk sürücüsüne orijinal biçimlendirmesiyle, yani başlıkları ve kalın yazılarıyla birlikte kaydettiler (salt metin olarak değil).

İlgili yazı: DNA’nın Tutkalı Kuantum Dolanıklık

 

Hard disk değil, kayar bulmaca

Türkiye’de 80’lerde moda olan kayar bulmacaları hatırlıyor musunuz? İşte taramalı tünel mikroskobunun (STM) tek bir elektron büyüklüğündeki ucu da aynen böyle çalıştı. Fizikçiler hard disk yüzeyindeki bakır ve klorin atomlarını birer birer sağa sola kaydırarak veri kaydı yaptılar.

Öyle ki her 1 bitlik veri bakır atomlarından oluşan kayıt yüzeyindeki iki konuma karşılık geliyordu. Klor atomu da kayar bulmacadaki parçaları kaydırmanız için hazır gelen ek boşluktu. Böylece atomları kayar bulmaca parçaları gibi kaldırdılar.

Örneğin, klor atomu üst konumda ise hemen altında bir delik, içinde atom bulunmayan bir boşluk oluyordu. Fizikçiler buna 1 ve 0’lı veri dizisi içinde 1 dediler. Tersine, boşluk üstte ve klor atomu da altta ise buna da sıfır dediler. Böylece Richard Feynman’ın başyapıtını atomlara kaydettiler.

İlgili yazı: Ahtapot DNA’sı Uzaylı mı?

 

QR kod gibi

Görüyoruz ki atom ölçeğindeki nano hard disk sürücüsünün bakır atomlarından oluşan bir yüzeyi var ve bunun üstünde sadece tek atomluk boşluk bırakacak şekilde yan yana duran çok sayıda sıkışık klor atomu yer alıyor. Bütün veriler bunların yerini değiştirerek, yani QR code gibi kodlanarak kaydediliyor.

Bu sistem aynı zamanda hard disk yüzeyindeki fiziksel hataların tespit edilmesini, “bad sector”lerin izole edilmesini ve süper yüksek yoğunlukta büyük miktarda veri kaydedilmesini sağlıyor.

İlgili yazı: İnsan DNA’sına Yeni Harfler Ekleniyor, Sentetik İnsan Geliyor

 

Henüz pratik değil

Nano hard disk henüz piyasaya çıkacak kadar pratik değil. Öncelikle sadece havası alınmış vakum bir tüpte sıvı azotla -195 dereceye kadar soğutulduğu zaman çalışıyor. Ancak buna yalnızca veri merkezilerine küçültüp TIR’a sığdırmak gözüyle bakmayın.

Bir de DNA’ya veri kaydederek insan vücudu gibi çok az enerji tüketen organik süper bilgisayarlar geliştirmek istiyoruz. Hatta bizzat insanları organik süper bilgisayara dönüştürmeyi planlıyoruz. Peki bunu asıl yapacağız?

Elbette nano hard disk sürücüsünden edindiğimiz tecrübelerle DNA’daki atomları tek tek kontrol ederek başaracağız. Bizi izlemeye devam edin.

¹A kilobyte rewritable atomic memory