Das Comeback der Lochkarte

Mit der Lochkarte fing es an: Der erste "beschreibbare" Datenträger kam auf den Markt. Das System war simpel aber unhandlich. Es folgten andere Speichersysteme wie zum Beispiel Magnetbänder, Disketten oder CD-ROMs. Jetzt steht die Lochkarte wieder auf dem Programm - diesmal im Briefmarkenformat.

Wissenschaftlern des IBM-Forschungslabors Zürich ist es gelungen, bei der Speicherung von Daten eine Speicherdichte von einer Billion Bits (1 Terabit) pro Quadratzoll zu erreichen. Dies ist zwanzigmal mehr als in neuesten auf dem Markt erhältlichen Magnetspeichern - genug Platz, um 25 Millionen Buchseiten oder den Inhalt von 25 DVDs auf der Fläche einer Briefmarke zu speichern.

In dieser Entwicklung spielt Nanomechanik anstelle von herkömmlicher magnetischer oder elektronischer Speichertechnologie die zentrale Rolle: In einen dünnen Polymerfilm "schreibt" Prototyp "Millipede" (Tausendfüßler) mit Tausenden von feinsten Spitzen winzige Vertiefungen, die einzelne Bits repräsentieren.

Das Ergebnis ist mit einer althergebrachten Lochkarte vergleichbar, allerdings sind hierbei die einzelnen Vertiefungen gerade mal 0,00001 Millimeter groß. Die Bits lassen sich zudem auch löschen und überschreiben.

Dazu ätzt die Spitze versetzt Vertiefungen in die Oberfläche. Deren äußere Ränder überlappen die alten Vertiefungen und löschen so die Daten. Das Lesen der Informationen erfolgt ähnlich wie das Abtasten der Rillen einer Schallplatte.

Die Forscher glauben, dass die Technologie noch zu weit höheren Speicherdichten führen kann. "Während die heute eingesetzten Speichertechnologien allmählich an fundamentale Grenzen stoßen, steht unser nanomechanischer Ansatz erst am Anfang und hat ein Entwicklungspotenzial für eine tausendfach höhere Speicherdichte," so sagt Nobelpreisträger Gerd Binnig, eine treibende Kraft hinter dem Millipede-Projekt.

Maximale Miniaturisierung

Die Terabit-Dichte wurde mit einer einzelnen Silizium-Spitze erreicht, die Vertiefungen mit einem Durchmesser von nur 10 Nanometern erzeugt - 50.000mal kleiner als der Punkt am Ende dieses Satzes. "Da nanometer-scharfe Spitzen einzelne Atome adressieren können, sind Verbesserungen weit über den Terabit-Meilenstein hinaus möglich", sieht Binnig die Zukunft.

Die Funktionstüchtigkeit des Konzepts hat das Team am IBM-Forschungslabor Zürich mit einem experimentellen Speicherchip mit mehr als tausend Spitzen erprobt. Derzeit arbeiten sie am Prototyp eines kompletten Speichersystems, das im nächsten Jahr betriebsbereit sein und nachweisen soll, dass die vielversprechende neue Technologie die praktischen Anforderungen an ein marktfähiges Produkt erfüllen kann. Dieser Prototyp wird über mehr als 4000 Spitzen verfügen, die in einem kleinen Quadrat von 7 Millimetern Seitenlänge angeordnet sind. Die Dimensionen würden es ermöglichen, ein komplettes Speichersystem hoher Kapazität in das kleinste standardisierte Format für beschreib- und lesbare Chips, deren Inhalt auch ohne Betriebsspannung erhalten bleibt (Flash-Memory), zu packen.

Der Energieverbrauch hängt stark von der Datenrate ab, mit der das Gerät betrieben wird. Bei wenigen Megabits pro Sekunde dürfte Millipede nicht mehr als 100 Milliwatt benötigen, was in etwa dem Energiebedarf eines Flash-Memory entspricht und deutlich unter demjenigen von magnetischer Speicherung liegt.

"Millipede könnte mobilen Geräten wie Mobiltelefonen und multifunktionalen Armbanduhren enorme Speicherkapazität verleihen", prognostiziert Projektleiter Peter Vettiger. "Wir denken aber auch bereits an die Nutzung unseres Konzeptes über die Datenspeicherung hinaus. Andere mögliche Anwendungen sind beispielsweise Lithographie im Nanometerbereich, mikroskopische Abbildungen von relativ großen Flächen oder atomare und molekulare Manipulation."

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