Hard du Hard • Technologies de Mémoires — partie 1/3

Stockage sur film et stockage magnétique

En 1839, Louis Daguerre a créé le daguerréotype, une méthode de capture d'une image sur une feuille de métal poli à l'aide de produits chimiques. C'est le début de la photographie, littéralement « Écrire avec la lumière ». En 1894, les frères Lumière créent le Cinématographe, un appareil capable d'écrire et de lire un film photographique – de capturer puis de le projeter avec le même appareil.

Un véritable stockage de mémoire, tout-en-un. Le film photographique est ainsi devenu un support de stockage de données majeur. Une des spécificités du stockage photographique est de pouvoir utiliser des objectifs optiques pour miniaturiser les clichés et agrandir les images. Ainsi, une image projetée sur un écran de cinéma est stockée sur un film de 35 millimètres de large. Son agrandissement est ensuite réalisé par un jeu de lentilles d’optique classique. Le film photographique microforme – souvent appelé microfilm dans les films d'espionnage – devient un moyen de stocker des plans, des textes ou des photographies de documents originaux sur un film, réduits à 4% de leur taille d'origine.

Un microfilm (ou microform) ©TWU Library

Même les premiers codes informatiques étaient mis sur microfilm pour être distribués : les acheteurs devaient projeter le film, puis taper le tout à la main. Le stockage photographique est encore utilisé aujourd'hui : la conservation des films se fait avec un film photographique 35 mm, et le film IMAX 70 mm est une méthode courante de distribution de films grand public.

Quelques secondes de bobine de cinéma 28 mm

Une projection IMAX a une résolution équivalente à 12000 x 8700 pixels, ce qui correspondrait à environ 120 Gbps de flux de données. Cependant, 90 minutes de projection de film (600 térabits de données) nécessitent 22 km de film. Une bobine de film IMAX pèse 200 kg et mesure jusqu'à 1,8 mètre de diamètre ; un projecteur pèse 2 tonnes et nécessite une alimentation de taille industrielle. Ce n'est pas une solution de stockage et de transfert de données viable dans la plupart des cas. Même pour du 28mm, il faut plusieurs bobines et un plateau massif pour pouvoir projeter un film en une fois.

Des plateaux déroulants de cinéma. Un plateau permet de passer un film d'une heure et demie sans interruption.

Le stockage photographique est donc intéressant pour sa densité de données, mais il nécessite des processus chimiques longs et complexes, et la sortie n’est pas directement lisible par un ordinateur. Parallèlement au stockage photographique, les progrès de la recherche sur les composés métalliques ont permis de déposer une couche de matériau magnétique sur des pellicules celluloïd. Si vous appliquez un champ magnétique important au matériau (généralement avec un électroaimant), vous modifierez son orientation magnétique.

Cette orientation magnétique peut être mesurée à l'aide du même électroaimant. Cela permet d'écrire et de lire des données avec le même circuit. Initialement utilisée pour le stockage de données analogiques – en particulier audio et vidéo, la bande magnétique a également été utilisée pour le stockage de données numériques. Plusieurs formats de bande magnétique existaient, car les fabricants ajoutaient des cartouches et des bobines autour des bandes. La Compact Cassette pour la musique, la Betacam, DV ou VHS pour la vidéo et les cartouches quart de pouce ou Linear Tape-Open pour les données.

Une cassette à bande magnétique

Le stockage magnétique existe également sous forme de disque. Disque recouvert d'un matériau magnétique, la disquette est apparue dans les années 1970 et est devenue obsolète au cours des années 2000 (sauf dans l’enseignement supérieur et la recherche en France..).

La disquette 3 pouces 1/2 et son lecteur (qui fait des bruits chelous)

La disquette représente la plupart des avantages et des inconvénients du stockage sur bande magnétique : bon marché, facile à utiliser, facilement réinscriptible, totalement adapté aux données numériques et à la compatibilité informatique, mais avec une faible capacité. Le stockage magnétique des données existe toujours : les disques durs ne sont toujours pas obsolètes, même si leurs ventes sont désormais inférieures aux disques SSD qui utilisent de la mémoire flash.

Composés de nombreux disques magnétiques avec un moteur et une tête de lecture/écriture, ils utilisent l'effet de magnétorésistance géante pour lire et écrire le matériau magnétique avec une densité de données beaucoup plus élevée. Le dit effet, ou GMR, est un effet de mécanique quantique découvert par l’équipe d’Albert Fert, physicien français. C’est un effet qui a lieu dans certains empilements de couches fines de conducteurs magnétiques.

Empilement type pour mémoire de magnétorésistance géante (GMR)

Le film magnétique fixe va avoir tous les électrons de sa couche de conduction du même spin. De par la règle d’exclusion de Pauli, les électrons qui tenteront de passer par cette couche ne pourront qu’être de spin opposé. Cette couche servira donc de filtre à électrons. En dessous, la couche magnétique variable servira à enregistrer les données.

Si l’orientation magnétique de la couche variable est du même sens que celle de la couche fixe, alors les électrons pourront passer. Cependant, si aujourd’hui les mémoires de nos appareils électroniques sont aussi rapides et capacitaires, ce n’est pas grâce à la GMR. Dans le prochain article, nous parlerons de technologie silicium. Restez branchés !

Mécanisme de filtration des électrons par valve de spin

À l’inverse, si l’orientation est inverse donc, les électrons (tous du même spin) seront bloqués toujours selon la règle d’exclusion de Pauli. La résistance de ce film magnétique sera « géante ». Cette méthode permet de faire des domaines magnétiques bien plus petits, mais de pouvoir les lire aussi facilement, donc un stockage des données bien plus denses. Pourtant, avec leurs pièces mobiles mécaniques, ces disques sont relativement grands et fragiles, pas vraiment adaptés à l'électronique mobile – ou quoi que ce soit de plus petit qu'un ordinateur portable, réellement. Mais ils sont encore massivement utilisés dans les applications fixes où leur faible vitesse d'accès n'est pas un problème.

Technologie et histoire de la mémoire
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