Explorando la Velocidad: El Almacenamiento de Datos más Rápido

¿Cuál es el método más veloz de almacenar información?

Tenemos varios métodos, desde papel y bolígrafo hasta la luz y la electricidad. Pero, ¿cuál es el más rápido?, o más bien dicho, ¿cuál es el más eficiente?

Bueno, la ganadora es la luz en términos de velocidad. El uso de la luz como portadora de información llegó en este siglo con el dominio del comportamiento de las partículas subatómicas y la aplicación de una de sus propiedades llamada Spin.

¿Qué se usa hoy en día?

Bueno, hoy en día el uso de la luz está claro que no. En la actualidad, existen varias formas comunes de almacenar datos. Estas son algunas de las principales:

• Unidades de estado sólido (SSD).
• Discos duros (HDD).
• Almacenamiento en la nube.
• Almacenamiento en redes de área de almacenamiento (SAN).

Es importante recalcar que, además de estas formas de almacenamiento, también se utilizan otros medios como tarjetas de memoria, unidades flash USB, cintas magnéticas y discos ópticos tales como CD y DVD, aunque su uso ha disminuido en la actualidad debido a su menor capacidad y velocidad en la transferencia de datos.

Como te habrás dado cuenta, todas hacen uso de la electricidad o el magnetismo. La pregunta surge: ¿hay alguna forma diferente? Pues sí que las hay, aquí te las presento:

• Almacenamiento en papel: Los datos se pueden almacenar físicamente en papel mediante métodos como la escritura o el dibujo. Aunque es una forma antigua y limitada de almacenamiento, se puede utilizar para ciertas aplicaciones sencillas.
• Almacenamiento en película fotográfica: La información se puede codificar en películas fotográficas utilizando técnicas como la microfotografía. Esto permite almacenar datos en formato analógico sin necesidad de electricidad o magnetismo.
• Almacenamiento en piedra: Los datos se pueden grabar en piedra utilizando técnicas de tallado o grabado. Aunque es un método lento y poco práctico para grandes volúmenes de datos, se ha utilizado históricamente para preservar información en monumentos y escrituras antiguas.
• Almacenamiento en madera: Los datos se pueden tallar o grabar en madera para su almacenamiento. Aunque limitado en capacidad y durabilidad, puede ser utilizado para aplicaciones simples y artísticas.
• Almacenamiento en objetos físicos: Los datos se pueden almacenar en objetos físicos como abalorios, fichas o jeroglíficos. Estos objetos pueden contener información codificada y ser utilizados como una forma primitiva de almacenamiento de datos.

¿Seguramente estas no te las esperabas? Pero en realidad son las más duraderas. Bueno, dejando las bromas de lado, hay que explicar cómo funcionan las de electricidad y magnetismo.

¿Cómo funcionan?

Las formas de almacenamiento de datos que utilizamos hoy en día se basan en principios físicos y tecnologías específicas. Aquí tienes una lista breve y la explicación de cómo funcionan algunas de ellas:

• Unidades de estado sólido (SSD): Las SSD utilizan chips de memoria flash, que son dispositivos semiconductores que almacenan datos en celdas de memoria. Estas celdas retienen la información en forma de carga eléctrica. Al leer o escribir datos, se aplican voltajes eléctricos para cambiar el estado de las celdas y representar los unos y ceros binarios que forman los datos.
• Discos duros (HDD): Los discos duros utilizan discos magnéticos que giran a alta velocidad. Estos discos están cubiertos con una capa magnética que se divide en pequeñas regiones magnetizadas llamadas bits. Al escribir datos, se utilizan cabezales de lectura/escritura que generan campos magnéticos para cambiar la orientación de los bits y así almacenar la información. Al leer los datos, los cabezales detectan los cambios magnéticos y los traducen en información legible por el sistema.
• Almacenamiento en cinta magnética: La cinta magnética utiliza una delgada cinta de plástico cubierta de material magnético. Los datos se almacenan en forma de cambios magnéticos a lo largo de la cinta. Para leer o escribir datos, se utilizan cabezales magnéticos que interactúan con la cinta mediante campos magnéticos generados eléctricamente.
• Almacenamiento en discos ópticos: Los discos ópticos, como los CD, DVD y Blu-ray, utilizan tecnología óptica para leer y escribir datos. La información se codifica en forma de pequeños hoyos o áreas reflectantes en la superficie del disco. Un láser escanea el disco y detecta los cambios en la reflectividad para leer los datos. Al escribir datos, el láser modifica las propiedades del material en el disco para crear las áreas adecuadas.

Como podrás entender, no explicaremos todos los principios implicados, pero sí te interesa, por aquí te dejo los principios de la electricidad y magnetismo.

Centrémonos en los discos duros.

Vamos a explicar sobre los discos duros, de una forma para que todos lo entiendan, porque algunas explicaciones pueden llegar a ser (muy) complejas.

Los discos duros actuales almacenan la información mediante el uso de la orientación de los campos magnéticos, proporcionando valores de 0 y 1 lógicos según estén orientados los polos norte y sur. Lo anterior se logra mediante una cabeza magnética que se encarga. Según el valor eléctrico que le llega desde los circuitos manipuladores, se organiza la orientación de los campos magnéticos en las superficies de los discos duros para lograr cadenas de bits que luego son interpretados como datos.

La velocidad para lograr la orientación de los campos magnéticos está en dependencia de la fortaleza de esos campos y ese límite ya se ha alcanzado con la tecnología actual, pero el número de bits necesarios para los datos se ha ido incrementando a gran velocidad en los últimos años, mientras que la velocidad de escritura-lectura ha crecido a duras penas.

Hoy se necesita un cambio en la tecnología para crear un bit y lograr el almacenamiento de datos de forma más rápida, así como su acceso y para ello se está desarrollando un proyecto que elevará la velocidad de escritura-lectura miles de veces mediante el uso de la corriente de spin.

¿Qué es la corriente de spin para almacenar datos?

Bueno, los físicos usan una propiedad especial de los electrones conocida como giro (spin en inglés), que es una propiedad de las partículas subatómicas por la cual toda partícula elemental tiene un momento angular que es fijo, un valor fijo.

En la imagen se representa un protón (color naranja) y la flecha azul señala el movimiento de rotación (vertical) o giro llamado spin.

Sobre la base de esa propiedad de las partículas subatómicas, los científicos logran cambios en las propiedades magnéticas de los materiales mediante la aplicación de pulsos láser ultrarápidos. Estos generan un flujo de electrones con el mismo spin en un material. Como resultado, se logra una corriente de spin que cambia las propiedades magnéticas del material en esas zonas.

¿Qué velocidad se alcanzará en la escritura-lectura de datos con el uso del spin atómico?

El tiempo para lograr el cambio en la magnetización del material base está en el orden de los 100 femtosegundos y un femtosegundo es la milbillonésima parte de un segundo, lo cual es 1000 veces más rápido que la velocidad actual en la escritura-lectura de datos. 

La fotónica es el futuro cercano para la transferencia y análisis de datos.

Todo lo anterior apunta hacia un desarrollo futuro de los chips de computadoras basado en la óptica y sobre lo cual se trabaja hoy.

La fotónica está recibiendo el apoyo en millones de dólares de muchas empresas para la investigación de ese campo en diferentes universidades del mundo a causa de las grandes ventajas como:

• El abaratamiento de los soportes electrónicos.
• La gran capacidad de almacenamiento.
• La velocidad, todo en espacios muy reducidos, es lo que es vital en las investigaciones aeroespaciales y la salud.

Esta será la era subatómica y el uso de la luz como portadora de información en la sustitución de la corriente eléctrica a través de conductores de cobre y otros materiales para la interconexión de los diferentes circuitos de los actuales ordenadores, incluidos los dispositivos móviles, consolas de juego y otros basados en chips de memoria y procesamiento de datos.

El uso de la luz y el silicio para el procesamiento de datos lograrán reducir drásticamente el calor generado en esos procesos, y aumentarán las distancias sin pérdidas en la velocidad de transferencia.

 Hugo Pajares/LinkiaFP

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