Nośniki danych: SSD, HDD i inne
Artykuł
Andrzej Urbankowski, Niedziela, 29 czerwca 2008, 13:00

„Jutro” to oczywiście przenośnia. Technologie, które opiszę, prawdopodobnie zostaną wprowadzone do powszechnego użytku na przestrzeni najbliższych lat. Ilu? U wróżki nie byłem, ale można się spodziewać, że niewielu. Piszę „prawdopodobnie” dlatego, że zapewne nie wszystkie z nich wytrzymają próbę rynku i nie wszystkie uda się doprowadzić do stadium masowej produkcji. Postęp w branży IT jest niebywały. Jednocześnie niektóre obecnie stosowane technologie (zwłaszcza magnetyczne) już praktycznie zbliżają się do granic możliwości, co dodatkowo stymuluje badania i pozwala liczyć na nowe rozwiązania. A wszystko zmierza ku wspólnemu celowi: więcej, szybciej, ciszej, chłodniej, taniej. Co nas czeka w najbliższej przyszłości?

HVD - nośnik z holograficznym zapisem informacji

W najbliższej przyszłości można się spodziewać licznego wejścia na rynek formatu o nazwie HVD (ang. Holographic Versatile Disc), którego nośniki będą miały pojemność rzędu 1 TB. Urządzenia takie właściwie już są produkowane, ale ze względu na koszt słychać o nich niewiele. Wprawdzie działają, ale trudno oprzeć się wrażeniu, że są to prototypy. Jednak zapewne upowszechnią się niebawem, tak jak to było z DVD.

Aby opisać zasadę działania HVD, trzeba jednak wiedzieć, na czym właściwie polega holografia! Z całym szacunkiem, ale podejrzewam, że pewnie wszyscy Czytelnicy o niej słyszeli, ale nieco dokładniej zasadę działania znają nieliczni. Natomiast zakładam, że pojęcia dyfrakcji i interferencji fal oraz mechanizmy ich powstawania są znane. Słowo hologram jest pochodzenia greckiego: holos – całość, graphos – opisywać. Czyli mówimy o sposobie całkowitego opisania jakiejś rzeczy (obiektu). Jak powstaje zapis holograficzny, a właściwie holograficzna fotografia obiektu?

Jak widać, interferencji ulegają dwie wiązki światła: jedna (górna) jest kierowana za pomocą zwierciadła na fotografowany przedmiot, odbija się od niego i pada na kliszę, a druga (dolna) stanowi tzw. wiązkę odniesienia. Oczywiście najlepsze rezultaty daje użycie światła laserowego, które zapewnia zbliżoną do ideału monochromatyczność oraz spójność fazową i amplitudową. W rzeczywistości wszystko to wymaga dość skomplikowanych zabiegów technicznych, ale dzięki nim unikamy zaniknięcia prążków interferencyjnych (dyfrakcji) na skutek nadmiernej różnicy długości dróg przebytych przez światło. Mimo naszych starań pozostałe niedoskonałości powodują, że uzyskany obraz jest superpozycją (nałożeniem) dużej liczby interferencji poszczególnych składowych spektralnych światła, co prowadzi do pogorszenia ostrości obrazu wypadkowego. W końcu obie wiązki naświetlają drobnoziarnistą kliszę fotograficzną. I tu niespodzianka! Po wywołaniu zamiast obrazu przedmiotu zobaczymy na niej jedynie prążki interferencyjne! Przykładowy hologram widać na rysunku poniżej:

Jak odbywa się odtwarzanie obrazu holograficznego? Aby zobaczyć obraz holograficzny, wystarczy oświetlić utrwalony na kliszy fotograficznej hologram, który działa jak siatka dyfrakcyjna, wiązką odniesienia.

Rezultat widać na fotografii poniżej:

Czary?! Nie! To „tylko” współpracujące ze sobą dyfrakcja i interferencja. Jak skonstruowany jest dysk HVD, jak zapisywana jest na nim informacja i dlaczego jego pojemność sięga 1 TB? Aby odpowiedzieć na te pytania, trzeba przypomnieć, jak zapisywane i odczytywane są dane na dyskach CD i DVD. Wyjaśnia to poniższy rysunek.

Pity i landy są umieszczone sekwencyjnie wzdłuż spiralnej ścieżki pokrywającej równomiernie powierzchnię dysku. Reprezentują one ciąg jedynek i zer, składający się na zapisywaną informację. Dane są zapisywane w kierunku od środka do zewnątrz przy użyciu diody laserowej, która wypala pity, pozostawiając nietknięte landy. Informacja odczytywana jest za pomocą fotodetektora. Oświetlony przez promień lasera pit zostaje rozproszony, z kolei land po oświetleniu trafia do detektora. W rezultacie powstaje ciąg zero-jedynkowy, którego dalsza obróbka jest już banalna. Oczywiście wszystko to wsparte jest bardzo precyzyjną mechaniką. Przypominam, że podstawowa różnica pomiędzy zapisem CD i DVD polega na długości fal emitowanych przez diodę używaną do zapisu i odczytu. DVD zapisywane jest falą o mniejszej długości, co zwiększa ilość informacji, którą możemy zapisać.

Informację na dysku HVD można zapisać na kilka sposobów. Jedno z możliwych rozwiązań przedstawia poniższy rysunek.

Przy tej metodzie w miejscu fotografowanego przedmiotu mamy umieszczony ciekłokrystaliczny, przestrzenny modulator światła SLM (ang. Spatial Light Modulator), który zamienia dane z komputera na dwuwymiarową matrycę ciemnych i jasnych punktów. Wiązka światła laserowego napotyka półprzepuszczające lustro i dzieli się na dwie wiązki: przedmiotową (sygnałową) i referencyjną (odniesienia). Zapamiętany w SLM obraz strony danych nakładany jest na wiązkę przedmiotową. Matryca SLM ma zazwyczaj wymiar 1024x1024 punkty, przy czym ciemny punkt to logiczna jedynka, a jasny to logiczne zero. Na powierzchni dysku obie wiązki interferują ze sobą, tworząc hologram. Fizycznie zapis następuje identycznie jak na dysku CD lub DVD. Jednakże jest podstawowa różnica: jednostką informacji nie jest pojedynczy bit, a cała macierz 1024x1024 punkty, czyli 1 Mb danych.

Aby odczytać dane z dysku HVD, należy użyć nie jednego detektora, ale matrycy detektorów o wymiarach 1024x1024 punkty. Zazwyczaj jest to światłoczuły element CCD (ang. Charge Coupled Device). Przedstawia to rysunek poniżej.

Z kolei powierzchnię zapisanego dysku HVD oraz obraz danych odtworzony przez matrycę CCD widać na fotografiach poniżej.

Aby Czytelnik uświadomił sobie, z jaką precyzją musi działać napęd HVD, trzeba nieco dokładniej opisać budowę dysku HVD. Popatrzmy na poniższy rysunek.

Jak widać, dysk HVD składa się z kilku warstw. Kolejno mamy:

  • przezroczyste podłoże (Substrate 1) pokryte odblaskową warstwą aluminium,
  • warstwę dystansową (Gap Layer),
  • dichroiczną warstwę odblaskową (Dichroic Mirror Layer),
  • fotopolimerową warstwę do zapisu danych (Photopolymer Recording Layer),
  • podłoże z poliwęglanu (Substrate 2).

Zielone (green) lub niebieskie (blue) światło lasera stosowane jest do zapisu i odczytu, czerwone zaś (red) służy do pozycjonowania głowicy napędu, nie zakłóca przy tym odczytu i zapisu danych. Przedstawiony powyżej dysk HVD wraz z napędem został zaprezentowany przez firmę Optware we wrześniu 2005 r. Pojemność dysku wynosi 1 TB, przy szybkości zapisu i odczytu 1 GB/s oraz średniej gęstości zapisu 100 razy większej niż na dysku DVD. W tej sytuacji można śmiało sparafrazować pewne znane powiedzenie i ogłosić: HVD ante portas! Tyle tylko, że tym razem nie ma powodu do obaw!

Ocena artykułu:
Ocen: 14
Zaloguj się, by móc oceniać
bazylorakis (2008.06.29, 13:13)
Ocena: 0

0%
Całkiem ciekawe.
Tylin (2008.06.29, 13:14)
Ocena: 0

0%
250TB/cal2 :) Świetna sprawa, ale czy doczekamy ?
ArcziR2D2 (2008.06.29, 13:57)
Ocena: 0

0%
ciekawy artykuł, przeczytałem kilka stron, resztę doczytam potem teraz spadam na obiadek :P
ami (2008.06.29, 14:10)
Ocena: 0

0%
Ja tam się nie znam, ale artykuł miło się czytało :D
Tylko chwilami niepotrzebnie według mnie użyto wykrzyknika.. ;)
q-12 (2008.06.29, 14:46)
Ocena: 0

0%
ciekawe czy te mega komputery kwantowe nas zabiją..
Stjepan (2008.06.29, 15:00)
Ocena: 0

0%
ciekawe czy te mega komputery kwantowe nas zabiją..
Raczej nie, ale zadziwiła mnie jedna pamięć, a mianowicie DNA PB/mm^3 to jest coś, wyobrażacie sobie dysk o pojemności 10 EexaBajtów :O
Alpha_Gear (2008.06.29, 15:00)
Ocena: 0

0%
oczywiscie ze nas zabija ;] naszczescie nie za mojego zycia ;) moze moje pra-prawnuki beda z nimi wojowac :P
Cmentarz (2008.06.29, 15:15)
Ocena: 0

0%
boje sie jutra :<
Cone (2008.06.29, 15:40)
Ocena: 0

0%
250TB/cal2 :) Świetna sprawa, ale czy doczekamy ?

Toż to pojęcie wielkości dysków zaniknie. Kązdy będzię studnią bez dna.
sorek (2008.06.29, 16:07)
Ocena: 0

0%
A mnie zainteresowała pamięć DNA. Czy to jest napewno dobrze? 1 PB/mm2, chodzi o Peta Baj!? Jeśli tak, to ta pamięć może być bardzo ciekawa :)
Zaloguj się, by móc komentować
Artykuły spokrewnione
Facebook
Ostatnio komentowane