하지만 여전히 넘어야 할 큰 난관들이 있습니다.
블록스 앤 파일즈(Blocks & Files)에 따르면, 중국 연구진이 유기 분자를 이용하여 데이터를 저장하고 암호화하는 고밀도 분자 저장 시스템을 개발했다. 네이처(Nature)에 발표된 설명에 따르면, 이 시스템은 특수 원자현미경을 사용하여 정보를 기록하고 검색하는데, 이 원자현미경은 분자 상태를 조작하여 데이터를 저장하는 원리다. 본 기술은 이론적으로 저장 공간 요구량과 전력 소비를 절감하는 초고밀도 저장 장치(예: 100TB급 HDD)를 가능하게 할 잠재력이 있으나, 원자현미경 팁의 짧은 수명이 여전히 주요한 난제로 남아 있다.
전통적인 HDD는 자기 쓰기 헤드를 사용하여 자기적 특성을 변경하는 자기 매체에 데이터를 저장하는 방식이다. 반면, 분자 HDD 기술은 전압에 노출될 때 전기적 특성이 변화하는 미세 분자를 사용하여 데이터를 저장하고 처리한다. 연구진은 루테늄 이온(ruthenium ions)이 산화 상태와 이온 축적 상태 사이를 전환하며, 전도성 원자현미경(C-AFM) 팁을 통해 물질의 전도도를 변화시키는 얇은 단층(SAM)으로 배열된 200개의 자가 조립형 Ru LPH 분자를 사용했다. 반경 25nm의 C-AFM 팁은 이 분자 변화를 제어하기 위해 미세한 전압을 가하여 데이터를 기록 및 읽어내며, 이를 통해 단위당 96가지의 다른 전도도 상태(6비트 저장)를 구현할 수 있고, 이는 다중 레벨 셀 NAND 방식과 유사하다.
이 시스템은 강한 자기장이 필요하지 않고 매질을 가열할 필요가 없어, 읽기 및 쓰기 과정에서 극도로 낮은 전력 소비(pW/bit 범위)로 작동하여 대규모 데이터 저장에 잠재적으로 매우 효율적이라고 연구진은 밝혔다. 그러나 과학자들은 이 혁신 기술을 유리 기판 기반의 회전 매체 HDD 형태로 구현할 계획이므로, 모터 작동에 전력이 필요해 실제 드라이브의 전력 소비는 기존 HDD와 유사할 가능성이 높다.
연구진은 SAM층의 예상 두께가 약 2.54nm라고 추정했다. 만약 각 Ru LPH 분자가 나노미터 단위의 유사한 폭과 길이를 가진다고 가정할 경우, 200개 분자가 조밀하게 배열된 단층은 약 수십 제곱나노미터(가로 및 세로 10~20nm)의 면적을 차지할 것이다. 이를 바탕으로 계산하면, 200개의 자가 조립형 Ru LPH 분자로 6비트의 데이터를 저장하는 밀도는 약 9.6Gbit/inch^2에 해당한다 (다만 이 계산은 근사치일 수 있다). 이 수치는 HDD 제조사들이 전통적인 하드 드라이브의 열 보조 쓰기 및 비트 패턴 매체(BPM)에서 기대하는 수치와 일치한다. HDMR 기술이 적용된 이러한 HDD는 2030년대에 상용화되어 3.5인치 HDD당 120TB 이상의 용량을 구현할 것으로 전망된다.
HDMR 역시 고유한 특성(예: 리소그래피 기술을 이용한 완전 패턴 매체)을 지니고 있지만, 적어도 HDD 제조사들 사이에서는 알려진 기술이기에, 분자 HDD 연구가 상용화 단계에 도달할 무렵에는 HDMR이 이미 대량 생산 단계에 진입하여 연구가 구식이 될 가능성이 존재한다. 하지만 분자 HDD 기술은 자체적인 강점을 보유하고 있다.
분자 HDD는 비트와이즈 XOR 연산을 활용하여 내장 암호화를 구현할 수 있다. 이는 시스템이 분자 수준에서 데이터를 안전하게 암호화하여 무단 접근을 방지할 수 있음을 의미한다. 실제로 모가오 석굴 벽화 이미지를 암호화하는 과정이 시연되었으며, 이때 각 픽셀 정보가 XOR 논리를 통해 변환된 후 복호화되었다. 더 나아가, 분자 HDD는 AND, OR, XOR와 같은 논리 연산을 저장 장치 자체 내부에서 직접 수행할 수 있어 별도의 컴퓨팅 전력 소모를 줄일 수 있다.
이러한 잠재력에도 불구하고, 시스템에는 C-AFM 팁의 짧은 작동 수명이라는 치명적인 결함이 있다. 블록스 앤 파일즈에 따르면, 이 팁은 간헐적 사용 시 50~200시간을 지속하지만, 연속 모드에서는 단 5~50시간만을 유지한다. 이러한 제한은 더 내구성이 높은 팁이 개발되지 않는 한 장기적이고 대규모 저장 애플리케이션에 적용하기 어렵다. 만약 이 문제가 해결된다면, 분자 저장 방식은 차세대 HDD 및 아카이브 테이프 저장 매체의 밀도에 필적하거나 이를 능가할 수 있다. 하지만 현재로서는 기존 저장 방식의 실질적인 대안으로 자리 잡기 위해서는 상당한 공학적 난제들을 극복해야 한다.