Периферийные устройства -> Накопители -> Будущее накопителей информации.

Будущее накопителей информации. Часть 2. Ее величество оптика

В первой части статьи мы рассказали о том, какие перспективы стоят перед современными носителями информации, такими как жесткие диски. Нами было продемонстрировано, что совершенствование жестких дисков на их пути к достижению суперпарамагнитного предела приведет, скорее всего, к тому, что они вольют в себя некоторые свойства ближайших конкурентов - оптических носителей информации, таких как CD и DVD.

Естественно, оптические устройства также будут развиваться, захватывая новые рубежи, одерживая очередные победы, и, вполне вероятно, лет через десять-пятнадцать по всем основным характеристикам превзойдут магнитные накопители. Попробуем разобраться с будущим CD и DVD; их многочисленными модификациями и преемниками. И если в первой части статьи мы очень много уделяли внимания магнитным свойствам материалов, то теперь мы о них можем смело забыть. Ведь все, что нужно для записи и чтения с оптического диска - это обычный монохроматичный свет.

Blue Ray vs HD-DVD

Хотя практически все форматы оптических носителей информации несовместимы между собой, технологии всюду очень похожи: используется лазер, который каким-то образом модифицирует поверхность диска, в результате записывается информация. Так было и с CD, которые долгое время остаются невероятно популярными, и с DVD, и с новым форматом, который в ближайшем будущем, возможно, заменит два первых - речь идет о Blue Ray Disc.

Данный стандарт разработан совместно несколькими крупнейшими компаниями, в числе которых Sony, Dell, Hitachi, HP, LG, Mitsubishi, Panasonic, Pioneer, Philips, Samsung, Sharp, TDK и Thomson; характеристики новых дисков таковы, что они должны прийти на смену существующей оптике. Емкость диска с односторонней записью - до 27 Гб, ее можно удвоить (т.е. довести до 54 Гб), сделав диски двусторонними. При этом сам диск по своим размерам остается примерно таким же, как и обычный CD. Встает вопрос: как же туда удалось поместить такое количество информации? Ответ содержится в самом названии; дело в том, что в обычных приводах CD и DVD для чтения и записи используется красный лазер с длиной волны 785 нм и 650 нм соответственно, а в Blue Ray - голубой лазер с длиной волны 405 нм, что позволяет фокусировать его с большей точностью и, следовательно, считывать и прожигать на поверхности диска больше отсчетов (питов) на единицу площади. Хотя новые диски появились совсем недавно, уже имеется стандарт на записываемые диски, чего не было раньше, при появлении CD и DVD.

Главный идеолог Blue Ray - компания Sony, к сегодняшнему дню она успела представить общественности как приводы для чтения/записи Blue Ray, так и сами диски. Более того, 11 августа разработчики Blue Ray одобрили спецификацию BD-ROM (набор технических описаний Blue Ray-дисков для записи видео), и уже к концу 2005 года они должны появиться на рынке вместе с необходимыми приводами и ПО.

К сожалению, будущее этого стандарта еще весьма неопределенно. То, что между собой борются родственные, но тем не менее несовместимые форматы, уже не раз играло злую шутку над CD, а позднее - DVD, так может случиться и в этот раз. Ближайший конкурент Blue Ray - стандарт HD-DVD, разрабатываемый совместно Toshiba и NEC, а также поддерживаемый DVD-Forum. И там и там используется голубой лазер для чтения и записи информации, но емкость дисков HD-DVD существенно ниже: однослойный диск вмещает 15 Гб данных, двухслойный - 30 Гб. Зато HD-DVD остается совместимым с DVD на физическом уровне, чего нельзя сказать о Blue Ray. Кроме того, этому стандарту покровительствует DVD-Forum - весьма влиятельная и представительная организация, а также Microsoft, которая уже заявила о своем желании включить поддержку HD-DVD в новой ОС Longhorn, а вот про Blue Ray не сказала еще ничего определенного. Впрочем, встает резонный вопрос, а будут ли работать с дисками HD-DVD более старые, чем Longhorn, версии Windows.

Окончательного победителя этой борьбы выявят только производители дисков с мультимедиа, которые, скорее всего, выберут только один стандарт и будут в дальнейшем для записи контента использовать исключительно его.

Многослойные оптические диски

Появление на рынке Blue Ray и HD-DVD - это весьма близкая перспектива, чего пока, к сожалению, нельзя сказать о многослойных оптических дисках (FMD - Fluorescent Multilayer Disk). Характеристики FMD потрясают воображение: диск размером со стандартный CD вмещает до терабайта данных, при этом скорость чтения с него может достигать 1Гб/сек. Создатель новой технологии - небольшая и достаточно молодая компания Constellation 3D (C3D).

Внешний вид FMD поражает: в отличие от обычного компакт-диска, он совершенно прозрачен. Дело в том, что в основе работы флуоресцентных дисков лежит совершенно другой принцип, нежели у CD или DVD. У традиционных оптических накопителей лазерный луч отражается от непрозрачной подложки диска, и за счет этого происходит считывание; в FMD принимается не отраженный от подложки свет, а испускаемый веществом диска под воздействием лазера, т.е. флуоресцентный. Другое отличие - FMD-диски многослойные, число слоев в существующих образцах - несколько десятков, но планируется довести их количество до 1000. У CD или DVD проблему многослойности до сих пор не удалось решить, поскольку вследствие интерференции и некоторых других факторов практически невозможно различать отраженный свет от разных слоев диска, а вот во флуоресцентных дисках это делается довольно легко. Вначале лазер фокусируется на определенном слое и вызывает его флуоресценцию, затем этот испущенный свет регистрируется фотоприемником. Материал, содержащий записанную информацию, при прохождении через него света изменяет его длину волны. Чем больше путь, тем длиннее она будет, за счет этого можно определять, как глубоко находится тот слой, с которого идет считывание. Более того, возможно одновременное считывание информации с нескольких слоев, лежащих один над другим, что, как уже упоминалось, позволяет добиться увеличения скорости считывания до 1 Гбит/с, при этом угловая скорость диска в приводе будет даже меньше, чем у CD.

К сожалению, в последнее время информации о развитии FMD поступает достаточно мало, основные публикации и представление опытных образцов относятся к 1999- 2001 годам. Однако в любом случае идея "3D" дисков еще будет искать своего воплощения, лишним подтверждением этому служит появление дисков с голографической записью данных, в них записанная информация тоже распределена по всему объему диска.

Голографическая память

Голографическая память базируется на тех же принципах оптики, что и более традиционные оптические диски. Основное отличие заключается в том, что для записи информации в этом случае используется не поверхность (плоскость), и даже не набор слоев, как предполагается сделать в FMD-дисках, а весь объем носителя. Из-за этого плотность записи получается чрезвычайно высокой: по предварительным расчетам, в один кубический сантиметр можно будет "запихнуть" более 1 Тб информации! Кроме огромной емкости специалисты отмечают еще и возможность высочайшей скорости при чтении/записи. Если голографические накопители данных будут реализованы, то они окажутся куда быстрее и вместительнее, чем их магнитные собратья. Высокая скорость работы голографической памяти достигается за счет того, что одновременно может считываться и записываться большой блок информации, так называемая "страница".

Почему же память называется голографической? Всем известно, что голограмма - это трехмерное изображение какого-нибудь предмета или, по крайней мере, такое изображение, которое воспринимается по-разному в зависимости от того угла, под которым на него смотрят. Известны художественные голограммы, когда предмет вначале в разных ракурсах освещается лазерным излучением, в результате чего отраженный свет формирует в специальной подложке голографическое изображение этого предмета. Если потом эту подложку осветить, она воспроизведет его первоначальный вид.

Похожим образом работает и голографическая память. Для записи информации тоже используется лазерный луч. Он направляется на специальную управляющую матрицу (световой модулятор), элементы которой кодируют биты информации, например, темный элемент - нолик, светлый - единичка, свет от матрицы падает уже непосредственно на носитель (диск), а точнее ту его часть, где формируется изображение матрицы. Для того чтобы данные с диска можно было прочитать, нужно осветить его участок лазером с той же длиной волны, тогда отраженный свет воспроизведет изображение управляющей матрицы, ее точную копию. Если сфокусировать данное изображение на ПЗС-матрицу, можно прочитать записанную ранее информацию. Под разными углами отраженный свет формирует разное изображение, что характерно для всех голограмм, это позволяет записывать в один и тот же объем много "отпечатков" управляющей матрицы, достигая высокой плотности упаковки данных. Так очень схематично выглядит механизм работы голографической памяти.

Теперь можно задаться вопросом: почему до сих пор эта технология не получила массового распространения? Причин две. Первая - это сложность оптической системы, используемой в устройствах чтения/записи и, как следствие, ее высокая стоимость. Вторая - продолжающийся поиск наиболее подходящего материала для записи, который должен быть, с одной стороны, достаточно чувствительным для того, чтобы на диск, сделанный из него, можно было записать большой объем данных, а с другой - долговечным. Чтобы решить эти проблемы, компании-производители используют различные ухищрения и часто отказываются от классической схемы хранения создания голограммы.

Например, японская компания NTT разработала свой собственный носитель Info-MICA (Information-Multilayered Imprinted CArd) на основе пластика, его площадь - всего несколько квадратных сантиметров, а толщина - несколько миллиметров. В то же время на него можно записать до 1 Гб информации.

Для записи информации на Info-MICA используется технология тонкопленочной голографии. Хотя емкость носителя по сегодняшним меркам невелика, не нужно забывать и о его крохотных размерах, кроме того, данная технология позволяет использовать для производства носителей дешевые материалы, что очень существенно для дальнейшего продвижения на рынке. По-видимому, Info-MICA будет пытаться конкурировать с современными flash-дисками, емкость которых примерно такая же; появление первых коммерческих носителей этого типа предвидится в 2005 году.

Однако уже сегодня предлагаются носители, предназначенные для голографической записи, правда, разработанные другим производителем - японской корпорацией Optware. Несколько месяцев назад эта компания представила прототип голографических дисков емкостью 200 Гб-300 Гб, а также макет привода для работы с ними. Однако, совсем недавно, на прошедшей в начале осени презентации сообщила о достижении нового знакового рубежа максимальной емкости оптических носителей HVD (Holographic Versatile Disc) - 1 Терабайта!

На самом деле, технологию, позволяющую создавать голографические диски емкостью в терабайт, Optware впервые анонсировала давно - целых два года назад. Однако, до недавнего времени, несмотря на обилие пресс-релизов и официальных заявлений, каких-либо реальных устройств публике представлено не было. К сожалению, даже сейчас "пощупать" своими руками новинку никто не позволил, также как и рассмотреть ее внутренности. Однако, по слухам, в установке компании Optware используется синий лазер и оптика производства компании Sony. Видимо, эта часть оборудования особенно сложная и требует высокотехнологичных производственных мощностей. Кроме того, система сразу разрабатывалась для того, чтобы работать как в режиме чтения, так и записи.

Технические характеристики были заявлены также лишь на бумаге. По данным французского сайта Clubic, обладая теми же основными особенностями, что и диски на 200 Гб-300 Гб (метод поляризованной коллинеарной голографии), новые голографические носители HVD емкостью 1024 Гб, теоретически, способны обеспечить скорость считывания данных до 1 Гб/c. Радует также и то, что Optware собирается представить первые серийные устройства для работы с голографическими дисками емкостью 200 Гб-300 Гб уже в 2006 году. Приводы под носители HVD емкостью 1 Тб появятся чуть позже - в 2007 году.

Вместо заключения

Известно, что история часто повторяется, недаром же говорят, что все новое - это хорошо забытое старое. Естественно, научно-технический прогресс - это не простое верчение по кругу, скорее это движение по спирали, где каждый новый виток повторяет старый, но уже на более высоком уровне. Аналогичный возврат к истокам может совершить и технология изготовления накопителей данных, которые уподобятся канувшим в лету перфокартам и электромеханическим реле, только на этот раз исполненным в наномасштабе. В третьей части нашей статьи и пойдет речь о таких устройствах хранения данных, выполненных на основе микроэлектронных механических систем (MEMS, Micro-Electro Mechanical System).

Автор: Алексей Смирнов, Иван Марциновский
Источник: www.comprice.ru