L’une des solutions les plus viables pour répondre à la croissance sans fin des données numériques est de trouver le moyen d’augmenter la capacité de stockage. Les travaux de l’université de Delft sur la structure atomique sont en cela très prometteurs. © McIek, Shutterstock

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Un disque dur minuscule pour stocker tous les livres de l'humanité

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Une équipe de l'université de Delft (Pays-Bas) a créé ce qui est présenté comme le plus petit disque dur du monde, qui stocke les données à l'échelle atomique. Cette mémoire de stockage d'un kilo-octet répartit chaque bit d'information sur un seul atome de chlore. Ainsi, la densité de stockage serait 500 fois supérieure à celle du meilleur disque dur du marché. Pour autant, il ne faut pas s'attendre à voir cette technologie de sitôt dans nos ordinateurs...

Chaque jour, nous créons des données, vraiment beaucoup de données. Environ 2,5 millions de téraoctets quotidiens selon les estimations d'IBM. Des « big data » qui sont produites à travers notre utilisation d'Internet, le partage de photos et de vidéos sur les réseaux sociaux tels que Facebook et Twitter, le commerce électronique, les objets connectés...

Un volume colossal qu'il faut bien entendu stocker. L'option actuelle consiste à bâtir toujours plus de centres de données susceptibles d'absorber ce flot exponentiel. Des gouffres énergétiques que l'on essaie tant bien que mal de rendre plus vertueux grâce aux énergies renouvelables et la récupération de la chaleur dégagée. Cependant, on sait depuis longtemps qu'il ne suffira pas de multiplier les serveurs de stockage pour espérer suivre le rythme.

Dès lors, dans les laboratoires, les chercheurs s'activent pour tenter de trouver le moyen d'augmenter la densité de stockage des données. Récemment, des progrès intéressants ont été accomplis dans le domaine de la mémoire à base d’ADN, tandis que des scientifiques britanniques sont parvenus à faire tenir 360 téraoctets de données sur un disque en verre un peu plus grand qu'une pièce de monnaie et susceptible de durer plus de 13 milliards d'années. Toutefois, il y a encore plus impressionnant.

À l'université de Delft (Pays-Bas), une équipe de chercheurs de l'Institut Kavli de nanosciences a créé « la plus grande structure atomique jamais conçue par les humains » qui offre une densité de stockage jusqu'ici jamais atteinte. Il s'agit d'une mémoire de stockage réinscriptible d'un kilo-octet dans laquelle chacun des 8.000 bits d'information est représenté par un seul atome. Cette avancée majeure a fait l'objet d'une publication dans la revue Nature Nanotechnology.

Plus précisément, ce sont des atomes de chlore déposés sur un rectangle de cuivre de 126 x 96 nanomètres, les chercheurs ayant en effet découvert que cette combinaison permet de créer une grille parfaite. Le stockage et la lecture des données à cette échelle atomique est géré avec un microscope à effet tunnel dont l'aiguille sert à déplacer les atomes individuellement afin de les organiser pour former des bits (des 0 et des 1) qui correspondent aux informations que l'on veut enregistrer.

Voici à quoi ressemble la mémoire d’un kilo-octet organisée sur une structure à l’échelle atomique. Sur ce rectangle de 126 x 96 nanomètres, chaque petit carré représente un atome de chlore qui correspond à un bit de donnée. © Kavli Institute of Nanoscience, TU Delft

Des données stockées à l'échelle atomique

Pour schématiser, lorsqu'un atome manque sur l'un des carrés de la grille, il laisse un trou. À la manière d'un puzzle coulissant, le microscope à effet tunnel va déplacer les atomes afin de disposer les trous de sorte à créer des 0 et des 1 correspondant à autant de bits. Les atomes de chlore se maintiennent en place les uns les autres, ce qui permet de stabiliser la matrice.

Résultat, la densité de stockage atteint 500 térabits par pouce carré ce qui, selon les chercheurs de l'Institut Kavli, est 500 fois supérieur à la densité qu'offrent les meilleurs disques durs actuels. « Théoriquement, cette densité de stockage pourrait permettre de stocker l'intégralité des livres créés par les humains sur l'équivalent d'un timbre-poste », estime Sander Otte, le scientifique qui a mené ce projet.

Le stockage est organisé en blocs de 8 octets soit 64 bits. L'emplacement de chaque bloc de données est signalé par un marqueur formé d'atomes disposés à la manière d'un code QR. Cela sert à savoir si un bloc est inutilisable à cause d'un défaut atomique, et donc à pouvoir augmenter la taille de la mémoire en évitant les erreurs.

Il y a tout de même un gros bémol. Pour le moment, cette mémoire ne peut fonctionner que dans un environnement sous vide parfaitement propre pour éviter toute contamination des atomes et à une température équivalente à celle de l'azote liquide (-195,79 °C). « Le stockage de données à l'échelle atomique n'est donc pas pour demain », admettent les chercheurs de l'université de Delft mais un grand pas vient assurément d'être accompli.

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