De revolutie van de microponskaart

Herbert Blankesteijn

Tot laat in de jaren '70 waren ponskaarten het voornaamste geheugenmedium voor computers. Beet heeft zelf nog computerprogramma's op ponsmachines ingetoetst: één regel per kaart ter grootte van een girobetaalkaart. Een bestand van enkele kilobytes besloeg schoenendozen vol karton.

De ponskaart is nu alleen nog in musea te vinden. Andere manieren om data op te slaan zijn miljoenen keren efficiënter. Het principe zou binnenkort een come-back kunnen maken en nieuwe normen stellen aan de dichtheid waarmee gegevens worden opgeslagen. Het researchlaboratorium van IBM in Zürich heeft informatie vrijgegeven over een werkend protoype van een micro- of liever nano-ponsmachine.

Het nieuwe geheugenmedium van IBM, genaamd 'Millipede', is een van de mooiste toepassingen van nanotechnologie tot dusver. (Het voorvoegsel 'nano' wordt ook gebruikt in 'nanometer', 'nanogram' en dergelijke. Een micrometer is een duizendste millimeter, een nanometer een duizendste micrometer. 'Nano' duidt een schaal aan die net iets groter is dan die van atomen. De diameter van een atoom is ongeveer eentiende nanometer.) De gegevens worden geschreven op een film van kunststof op een laag silicium. Het silicium fungeert als drager, de kunststof is het eigenlijke medium.

De lees/schrijfkop bestaat uit een regiment van (in het geval van het prototype) 32 bij 32 kegeltjes met een lengte van 70 micrometer, die met hun top contact maken met de film. Elk kegeltje kan van binnenuit worden verwarmd tot een temperatuur van 400 graden. Bij die temperatuur ontstaat een kratertje in het plastic van 10 nanometer doorsnee. De kop kan zó nauwkeurig worden verplaatst, dat de onderlinge afstand van de putjes niet groter is dan hun eigen afmeting.

Lezen gebeurt door de kegeltjes te verwarmen tot 300 graden. Dit heeft geen invloed op het kunststof materiaal van de film, maar waar géén putje is gemaakt, zal de punt van een kegeltje sneller afkoelen. Dit kan worden gedetecteerd en zo worden de gegevens teruggevonden.

Zelfs in de mogelijkheid van wissen is voorzien. De kegeltjes smelten dan wat materiaal op verschillende plaatsen langs de rand van een gaatje, zodat dat weer volloopt. Volgens IBM kan op een plek 100.000 keer worden geschreven en gewist.

De lees/schrijfkop meet drie bij drie mm - niet bepaald nanoschaal. Maar de getallen worden snel indrukwekken als je even hoofdrekent. De kegeltjes, 32 bij 32 op drie mm in het vierkant, staan 0,1 mm van elkaar. Elk kegeltje bedient dus een gebied van 0,1 mm (100.000 nanometer) in het vierkant. Hoeveel gaatjes van 10 nm passen daarin? De onderlinge afstand van de gaatjes in ongeveer gelijk aan hun diameter, dus komen we op een getal van 5000x5000=25 miljoen bits, dus 25 Mb! En een hele kop van 32 bij 32 elementjes beheert duizendmaal zoveel (32x32) dus 25 Gb. Omdat de capaciteit van harde schijven wordt uitgedrukt in bytes en een byte gelijk is aan 8 bits, komen we op een opslagruimte van ruim 3 GB op drie mm in het vierkant - weinig groter dan het gaatje in een antieke ponskaart, zoals IBM fijntjes vermeldt. Dat is ongeveer vijfmaal dichtheid van informatie op een moderne harddisk. De volgende versie van de ponskaart moet nog eens achtmaal zoveel bergen.

Hoewel mechanische techieken niet bepaald een snel imago hebben, wijzen metingen er volgens IBM op dat een datadoorvoer mogelijk is van ongeveer een megabit per kegel. IBM-technici zijn bezig met een kop van ruim 4000 kegeltjes, dus reken maar uit. 4 GB per seconde is naar huidige pc-maatstaven onwaarschijnlijk snel. En dan hebben we het nog niet eens over de mogelijkheid meer koppen in een apparaat onder te brengen.

Een verplichte zin moet deze bijdrage besluiten: geheugens op basis van deze uitvinding liggen voorlopig niet in de winkel. Reken op een jaar of vier.

Meer informatie en animaties op http://www.research.ibm.com/resources/news/20020611_millipede.shtml