42 Â

WIAT

N

AUKI

Sierpieƒ 2000

UCIEC PRZED

POTOPEM DANYCH

RAPORT SPECJALNY

G¢STOÂå DANYCH na magnetycznym dysku twar-
dym wzros∏a 1 300 000 razy w 40 lat po wprowadze-
niu przez IBM pierwszego komercyjnego nap´du
w 1957 roku. G∏ównà przyczynà tego spektakularne-
go wzrostu sta∏y si´ osiàgni´cia w miniaturyzacji.

Rok

TOM DRAPER DESIGN; èród∏o:

MAGNETIC RECORDING: THE FIRST 100 YEARS

; Red. E. D. DANIEL i

in., IEEE PRESS, 1999

G´stoÊç powierzchniowa (kb/cal

2

)

1957

10

100

1000

10 000

100 000

1 000 000

10 000 000

100 000 000

1962

1967

1972

1977

1982

1987

1992

1997

2002

wielu firmach dostrzega si´,
˝e co rok podwaja si´ obj´-
toÊç danych generowanych
przez ich komputery. Ol-
brzymie bazy danych o roz-

miarach przekraczajàcych terabajt (czy-
li 10

12

bajtów) to ju˝ codziennoÊç.

Korporacje chcà, aby coraz wi´cej infor-
macji by∏o po r´kà – zapisujàc je na dys-
kach twardych, majà do nich ∏atwy do-
st´p. Takie rozwiàzanie ma wiele zalet:
dzi´ki oprogramowaniu do przetwarza-
nia i analizy danych mo˝na szybko do-
strzec trendy w zachowaniu rynku, za-
pewniç lepszà obs∏ug´ klientów, dosko-
naliç proces produkcji itd. Podobnie
u˝ytkownicy indywidualni wykorzy-
stujà swoje niezbyt drogie komputery
osobiste, aby przechowywaç rozleg∏à
korespondencj´ elektronicznà, zestawie-
nia wydatków domowych, gry i pliki
z fotografiami przetworzonymi na po-
staç cyfrowà.

To wszystko zawdzi´czamy tanim

magnetycznym dyskom twardym o du-
˝ej pojemnoÊci. Ich rozwój jest prawdzi-
wie baÊniowy: w latach osiemdziesià-
tych tempo wzrostu pojemnoÊci dysków
twardych zwi´ksza∏o si´ co rok o 25–
30%, w latach dziewi´çdziesiàtych – do
60%, aby pod koniec ubieg∏ego roku
osiàgnàç 130%. Obecnie pojemnoÊç dys-
ków twardych podwaja si´ co dziewi´ç
miesi´cy i pod tym wzgl´dem znacznie
wyprzedza post´p w technologii uk∏a-
dów scalonych, opisywany przez pra-
wo Moore’a, wed∏ug którego g´stoÊç
upakowania wzrasta dwukrotnie w
okresach 18-miesi´cznych.

W tym samym czasie ceny dysków

twardych gwa∏townie spada∏y. Firma
Disk/Trend z Mountain View w Kali-
fornii, specjalizujàca si´ w analizach ryn-
kowych, informuje, ˝e Êrednia cena jed-
nego megabajta na dysku zmala∏a z
11.54 dolara w 1988 roku do 0.04 dola-
ra w 1998. Szacunkowy wynik w ubie-
g∏ym roku to 0.02 dolara. James N. Por-

ter, prezes Disk/Trend, przewiduje, ˝e
najdalej w 2002 roku cena jednego me-
gabajta spadnie do 0.003 dolara.

Niespotykane po∏àczenie wzrostu po-

jemnoÊci i spadku cen zaowocowa∏o
rozkwitem rynku. W 1998 roku wypro-
dukowano 145 mln dysków twardych,
a w 1999 blisko 170 mln. Jak przewidu-
je firma Disk/Trend, produkcja w 2002
roku osiàgnie 250 mln dysków, co przy-
niesie dochód oko∏o 50 mld dolarów.

Pojawiajà si´ jednak powa˝ne wàt-

pliwoÊci, czy przemys∏ zdo∏a utrzymaç
te fantastyczne wyniki ekonomiczne.
W nadchodzàcych latach mo˝emy osià-
gnàç w technologii granic´ wyznaczo-
nà przez efekt nadparamagnetyczny
(SPE – superparamagnetic effect). Mó-
wiàc najproÊciej, efekt nadparama-

gnetyczny wyst´puje wtedy, kiedy
ca∏kowita energia uk∏adu spinów ato-
mów tworzàcych pojedynczy bit (0 lub
1) zbli˝a si´ do energii termicznej w
temperaturze otoczenia. Spe∏nienie wa-
runku oznacza, ˝e bity mogà losowo
zmieniaç swojà wartoÊç z 0 na 1, i od-
wrotnie, powodujàc utrat´ zapisanych
informacji.

Dà˝àc do stworzenia coraz pojemniej-

szych dysków, IBM, Seagate Technolo-
gy, Quantum Corporation oraz inni pro-
ducenci sukcesywnie zmniejszali obszar
zajmowany przez pojedynczy bit, co
sprawi∏o, ˝e dane sta∏y si´ bardziej
wra˝liwe na efekt nadparamagnetycz-
ny. Cz´Êç ekspertów przewiduje, ˝e
przy obecnym tempie miniaturyzacji
w przemyÊle prawdopodobnie napo-

Â

WIAT

N

AUKI

Sierpieƒ 2000 43

Technologia komputerowych dysków twardych szybko zbli˝a si´
do bariery fizycznej zwiàzanej z efektem nadparamagnetycznym.
Jej pokonanie b´dzie nie lada wyzwaniem

Jon William Toigo

W

20

30

40

50

60

Ârednia cena za megabajt (dolary)

Âwiatowe dochody ze sprzeda˝y dysków twardych (miliardy dolarów)

1988

1990

1992

1994

1996

ROK

1998

2000

2002

0.01

0.1

1

10

100

BRYAN CHRISTIE; èRÓD¸O: DISK/TREND

SPRZEDA˚ DYSKÓW TWARDYCH wzrasta∏a wraz ze spadkiem ceny za 1 MB. Jak si´
przewiduje, w 2002 roku zyski ze sprzeda˝y powinny si´gnàç 50 mld dolarów.

tkamy barier´ nadparamagnetycznà ju˝
w 2005 roku. Jednak˝e naukowcy inten-
sywnie szukajà rozwiàzaƒ tego proble-
mu. Ich realizacja w warunkach ostrej
konkurencji, nieustannych wojen ceno-
wych i w sytuacji, gdy klienci coraz sta-
ranniej liczà wydatki, to z punktu wi-
dzenia in˝ynierii czyn godny Herkulesa.

Magnetyczne cuda

Dysk twardy jest arcydzie∏em nowo-

czesnej technologii. Sk∏ada si´ z ze-
spo∏u talerzy wykonanych ze stopu
aluminium lub ze szk∏a i pokrytych ma-
teria∏em magnetycznym oraz warstwa-
mi ochronnymi. G∏owice umieszczone
zwykle po obu stronach ka˝dego tale-
rza odczytujà i zapisujà dane na koncen-
trycznych Êcie˝kach w oÊrodku ma-
gnetycznym. Rami´ si∏ownika serwo-
mechanicznego ustawia g∏owic´ nad
Êcie˝kà, a powietrzne ∏o˝yska hydrody-
namiczne pozwalajà przesuwaç g∏owi-
ce nad powierzchnià na wysokoÊci u∏am-
ka mikrometra. Silnik elektryczny obraca
zespó∏ talerzy z pr´dkoÊcià od 3600 do
10 000 obrotów na minut´.

1

Podstawowe elementy konstrukcji

wywodzà si´ z pierwszego dysku twar-
dego, jakim by∏ RAMAC (Random
Access Method of Accounting and Con-
trol), opracowany w 1956 roku w IBM.
Zawiera∏ on 50 aluminiowych talerzy
o Êrednicy 24 cali ka˝dy, pokrytych
z obu stron magnetycznym tlenkiem
˝elaza. (Do tego celu pos∏u˝y∏a farba
podk∏adowa, taka sama jak u˝yta do ma-
lowania mostu Golden Gate w San Fran-
cisco). Dysk RAMAC umo˝liwia∏ zapisa-
nie do 5 mln znaków, wa˝y∏ blisko ton´
i zajmowa∏ przestrzeƒ mniej wi´cej
dwóch wspó∏czesnych lodówek.

Kolejne udoskonalenia w ciàgu ponad

czterdziestu lat przynios∏y ogromne
powi´kszenie pojemnoÊci i podobnie
zdumiewajàce zmniejszenie fizycznych
rozmiarów dysków.

2

I tak pojemnoÊç

zwi´kszy∏a si´ o kilka rz´dów wielko-
Êci – niektóre wspó∏czesne komputery
osobiste sà wyposa˝one w dyski prze-
sz∏o 70-gigabajtowe. Tom H. Porter,
g∏ówny technolog filii kalifornijskiej fir-
my Seagate Technology w Minneapolis,
wyjaÊnia, ˝e to bezpoÊrednia konse-
kwencja miniaturyzacji. „Mniejsze g∏o-
wice, cieƒsze dyski, ni˝sza wysokoÊç ro-
bocza [odleg∏oÊç pomi´dzy g∏owicà
a talerzem]: wszystko polega na zmia-
nie skali” – stwierdza.

Doskonalenie g∏owic

W minionych latach znaczny wzrost

pojemnoÊci dysków by∏ w du˝ej mierze
rezultatem rozwoju g∏owic odczytujàco-

44 Â

WIAT

N

AUKI

Sierpieƒ 2000

ODLEG¸OÂå

pomi´dzy g∏owicà odczytujàco-

-zapisujàcà a powierzchnià talerza jest 5000
razy mniejsza ni˝ Êrednica ludzkiego w∏osa.

SI¸OWNIK

przesuwa ramiona g∏owic

odczytujàco-zapisujàcych nad po-
wierzchnià talerza. Jego zadaniem
jest precyzyjne ustawianie g∏owic nad
okràg∏ymi koncentrycznymi Êcie˝ka-
mi na powierzchni talerzy.

TALERZE

wykonane z metalu lub szk∏a i pokry-

te materia∏em magnetycznym wirujà z pr´dko-
Êcià kilku tysi´cy obrotów na minut´, nap´dza-
ne przez silnik elektryczny. PojemnoÊç dysku
zale˝y od liczby talerzy (mo˝e ich byç nawet
osiem) i rodzaju warstwy magnetycznej

PLIKI

sà zapisywane na talerzach

w postaci zakodowanych magne-
tycznie obszarów. Jeden plik mo-
˝e byç podzielony pomi´dzy kilka
obszarów na ró˝nych talerzach.

Jak dzia∏a dysk twardy

G¸OWICA

OBUDOWA

ÂREDNICA W¸OSA

75 000 nm

15 nm

Â

WIAT

N

AUKI

Sierpieƒ 2000 45

GEORGE RETSECK; èRÓD¸O:

HOW COMPUTERS WORK,

RON WHITE. QUE CORPORATION, 1998

UK¸AD ELEKTRONICZNY

na p∏ytce drukowanej odbiera polecenia przycho-

dzàce z kontrolera dysku. Kontrolerem zarzàdza system operacyjny i BIOS
(basic input-output system) – oprogramowanie niskiego poziomu sprz´ga-
jàce system operacyjny z podzespo∏ami komputera. Uk∏ad elektroniczny
t∏umaczy polecenia na zmieniajàce si´ sygna∏y elektryczne, które sprawia-
jà, ˝e si∏ownik g∏owicy przesuwa jà nad powierzchnià talerza. P∏ytka ta jest
tak˝e odpowiedzialna za dzia∏anie silnika obracajàcego talerze ze sta∏à
pr´dkoÊcià i informuje g∏owice, kiedy rozpoczàç odczyt i zapis danych.

G¸OWICE ODCZYTUJÑCO-ZAPISUJÑCE

zamoco-

wane na koƒcu ruchomych ramion Êlizgajà si´ nad
obiema stronami wirujàcych talerzy. G∏owica za-
pisuje dane, porzàdkujàc pola magnetyczne dro-
bin na powierzchni talerzy. Dane sà odczytywa-
ne dzi´ki detekowaniu polaryzacji ziaren we
wczeÊniej zapisanym obszarze.

G¸OWICA ODCZYTUJÑCO-ZAPISUJÑCA

WARSTWA

MAGNETYCZNA

DYSK

-zapisujàcych. Ich zadaniem jest reje-
strowanie danych przez zmian´ pola-
ryzacji magnetycznej niewielkich obsza-
rów oÊrodka, nazywanych domenami
(ka˝da domena odpowiada pojedyncze-
mu bitowi). W celu odczytania informa-
cji g∏owica jest ustawiana tak, ˝e do-
meny magnetyczne generujà sygna∏
elektryczny, interpretowany nast´pnie
jako ciàg zer i jedynek.

Pierwsze dyski by∏y wyposa˝one

w g∏owice ferrytowe. W 1979 roku po-
st´p w technologii krzemowych uk∏a-
dów scalonych umo˝liwi∏ wytwarzanie
g∏owic cienkowarstwowych. G∏owice
nowego typu pozwoli∏y na odczyt i za-
pis bitów w mniejszych domenach. Na
poczàtku lat dziewi´çdziesiàtych przy-
by∏ konkurent g∏owic cienkowarstwo-
wych, poniewa˝ koncern IBM opraco-
wa∏ nowe rewolucyjne rozwiàzanie,
wykorzystujàce zjawiska magnetoopo-
ru (po raz pierwszy zaobserwowa∏ je
lord Kelvin w 1857 roku). Doprowadzi-
∏o to do zasadniczego prze∏omu w g´-
stoÊci zapisu.

Zamiast bezpoÊrednio odczytywaç

zmiany pola magnetycznego na po-
wierzchni dysku, g∏owica magneto-
rezystywna rejestruje bardzo ma∏e
zmiany oporu elektrycznego (rezy-
stancji) pó∏przewodnika pod wp∏y-
wem pola magnetycznego. Wi´ksza

czu∏oÊç umo˝liwia dalsze ograniczenie
rozmiarów domen, w których sà prze-
chowywane informacje. Mimo i˝ w
1996 roku producenci nadal sprzeda-
wali g∏owice cienkowarstwowe, to na-
p´dy z g∏owicami magnetorezystyw-
nymi ju˝ zdominowa∏y rynek.

W 1997 roku IBM wprowadzi∏ kolej-

nà innowacj´ – g∏owice wykorzystu-
jàce tzw. gigantyczny magnetoopór
(GMR – giant magnetoresistance), w
których warstwy pó∏przewodnikowe-
go materia∏u ferromagnetycznego i
niemagnetycznego sà umieszczane na-
przemiennie, co podwaja, a nawet po-
traja czu∏oÊç g∏owicy odczytujàcej.
Uk∏ad warstw o ró˝nych w∏aÊciwo-
Êciach kwantowych pozwala uzyskaç
g∏owic´ GMR o ˝àdanej charakterysty-
ce. Currie Munce, dyrektor oddzia∏u
systemów i technologii pami´ci maso-
wej w IBM Almaden Research Center
w San Jose w Kalifornii, twierdzi, ˝e
rozwój tej technologii umo˝liwi zapis
danych na dysku z g´stoÊcià wi´kszà
ni˝ 100 gigabitów na cal kwadratowy
(100 Gb/cal

2

= 15.5 Gb/cm

2

) powierzch-

ni talerza.

3

Jeszcze niedawno, bo w 1998 roku,

niektórzy eksperci przewidywali, ˝e
granica g´stoÊci zapisu zwiàzana z
efektem nadparamagnetycznym to
30 Gb/cal

2

. DziÊ chyba nikt nie wie,

gdzie dok∏adnie le˝y wspomniana gra-
nica, ale sukcesy IBM sugerujà, ˝e de-
mon g´stoÊci mieszka gdzieÊ dalej ni˝
150 Gb/cal

2

.

Nieco o rozmiarach bitów

OczywiÊcie, wszelkie udoskonale-

nia g∏owic odczytujàco-zapisujàcych
nie mia∏yby znaczenia, gdyby nie mo˝-
na by∏o g´Êciej upakowaç informacji
na talerzu. Aby zmieÊciç ich wi´cej na
dysku – t∏umaczy Pat McGarrah, dyrek-
tor odpowiedzialny za marketing stra-
tegiczny i techniczny w Quantum Cor-
poration w Milpitas w Kalifornii – wiele
firm poszukuje noÊników umo˝liwiajà-
cych skrócenie d∏ugoÊci bitów.

Problemem jest efekt nadparamagne-

tyczny: gdy redukujemy rozmiary zia-
ren materia∏u magnetycznego, aby
zmniejszyç obszar bitów, mogà one
utraciç zdolnoÊç do utrzymywania po-
la magnetycznego w danej temperatu-
rze. „W rzeczywistoÊci problem spro-
wadza si´ do termicznej stabilnoÊci
oÊrodka – wyjaÊnia Munce. – Mo˝na
zwi´kszaç czu∏oÊç g∏owic, ale w koƒcu
trzeba przyjrzeç si´ w∏aÊciwoÊciom ma-
gnetycznym oÊrodka: koercji, stabilno-
Êci magnetycznej i liczbie ziaren, która
zapewni ˝àdanà odpornoÊç na termicz-
ne wymazanie danych.”

ednym z rozwiàzaƒ, które majà przed∏u˝yç ˝ycie ma-
gnetycznych dysków twardych, jest uzupe∏nienie ich o ele-
menty optyczne. Uzyskana konstrukcja hybrydowa mo˝e

znacznie zwi´kszyç g´stoÊç zapisu ponad obecnà wartoÊç
10–30 Gb/cal

2

. Firma TeraStor z San Jose w Kalifornii twierdzi

wr´cz, ˝e realne jest uzyskanie nawet 200 Gb/cal

2

, czyli wi´-

cej ni˝ przewidywana granica nadparamagnetyczna [patrz
tekst g∏ówny].

Nap´d zaprojektowany w TeraStor to odmiana uk∏adu ma-

gnetooptycznego, w którym laser ogrzewa niewielki obszar na
dysku, co z kolei umo˝liwia zapis magnetyczny. Podstawowà
ró˝nicà jest zastosowanie przez TeraStor sta∏ych soczewek im-
mersyjnych (SIL – solid-immersion lens) b´dàcych szczególnà
odmianà soczewek sferycznych.

Sta∏e soczewki immersyjne opracowane w Stanford Univer-

sity dzia∏ajà na tej samej zasadzie co cieczowa mikroskopia
immersyjna, w której zarówno obserwowany przedmiot, jak
i obiektyw sà zanurzone w cieczy, zwykle w oleju, co wyraê-
nie polepsza uzyskiwane powi´kszenia. W konstrukcji dysku
wykorzystanie soczewek zosta∏o odwrócone, a ich zadaniem

Pole magnetyczne wspomagane Êwiat∏em

WIÑZKA LASERA ogrzewa malutki obszar na dysku, co pozwa-
la unoszàcej si´ g∏owicy zmieniç jego w∏aÊciwoÊci magnetyczne,
tak aby zawiera∏ on wartoÊç 0 lub 1. Dwie soczewki ogniskujà
wiàzk´ do postaci niezwykle ma∏ej plamki, co umo˝liwia zapis
bitów z bardzo du˝à g´stoÊcià. Obiektyw skupia wiàzk´ na sta-
∏ej soczewce immersyjnej – jest ona zasadniczym elementem uk∏a-
du – która z kolei daje plamk´ o Êrednicy mniejszej ni˝ 1 µm.

GEORGE RETSECK

WIÑZKA
LASEROWA

OBIEKTYW

CEWKA

STA¸A

SOCZEWKA

IMMERSYJNA

WARSTWA

MAGNETYCZNA

POD¸O˚E

PLASTIKOWE

UNOSZÑCA SI¢

G¸OWICA

46 Â

WIAT

N

AUKI

Sierpieƒ 2000

J

Przyj´∏o si´ – t∏umaczy Munce – ˝e

do zapisania bitu potrzeba przynajmniej
500–1000 ziaren materia∏u magnetycz-
nego. (Jednak w marcu naukowcy z IBM
poinformowali, ˝e istnieje proces sa-
moorganizacji czàstek magnetycznych
w bity, co mo˝e daç g´stoÊç powierzch-
niowà zapisu nawet 150 Gb/cal

2

.)

Obecnie intensywnie poszukuje si´
udoskonalonych materia∏ów, które
utrzymywa∏yby wykrywalne pola ma-
gnetyczne i by∏y odporne na efekt nad-
paramagnetyczny przy mniejszej licz-
bie ziaren. Ponadto doskonali si´
procesy technologiczne, aby zmniejszyç
iloÊç zanieczyszczeƒ w materia∏ach
i w ten sposób otworzyç drog´ do mniej-
szych obszarów bitów.

Bez udoskonaleƒ tego typu graniczna

liniowa g´stoÊç zapisu pozostanie w
przedziale 500–650 tys. bitów na cal
– twierdzi Karl A. Belser, technolog
z dzia∏u badawczego Seagate Techno-

logy. – Ale parametr ten, opisujàcy
konkretnà Êcie˝k´ na talerzu, to tylko
jeden z czynników wyznaczajàcych
powierzchniowà g´stoÊç zapisu.

Odszukiwanie Êcie˝ek

PojemnoÊç dysku zale˝y te˝ od sze-

rokoÊci Êcie˝ek. Dotàd producenci zdo-
∏ali zmieÊciç ich 20 tys. na jednym calu
(7.87 tys./cm). Liczba ta jest ograniczo-
na przez ró˝ne czynniki, jak rozdziel-
czoÊç samej g∏owicy zapisujàcej oraz
precyzja systemu pozycjonowania.
Upchni´cie dodatkowych Êcie˝ek wy-
maga powa˝nych udoskonaleƒ w kilku
dziedzinach, w tym w konstrukcji g∏o-
wic oraz sterujàcego nimi mechanizmu.
Aby zapewniç powierzchniowà g´stoÊç
zapisu na poziomie 100 Gb/cal

2

, trzeba

b´dzie znaleêç sposób na umieszczenie
co najmniej 150 tys. Êcie˝ek na calu
(59 tys./cm).

Wed∏ug Belsera w obecnie istniejà-

cych technologiach odst´p pomi´dzy
Êcie˝kami musi wynosiç 90–100 nm.
„Wi´kszoÊç g∏owic zapisujàcych przy-
pomina kszta∏tem podkow´ umieszczo-
nà w poprzek Êcie˝ki – t∏umaczy. – Za-
pis odbywa si´ w kierunku pod∏u˝nym
[czyli na obwodzie okràg∏ej Êcie˝ki], ale
g∏owice wytwarzajà równie˝ pole roz-
proszone w kierunku radialnym.” Je˝e-
li odst´p b´dzie zbyt ma∏y, informacje
zapisane na sàsiednich Êcie˝kach ule-
gnà zniszczeniu.

Jedno wyjÊcie to wytwarzanie g∏o-

wic o mniejszych rozmiarach. „Mo˝na
wykorzystaç zogniskowanà wiàzk´
jonów do koƒcowej obróbki g∏owicy
zapisujàcej i dzi´ki temu uzyskaç w´˝-
sze Êcie˝ki na dysku – opowiada Bel-
ser. – Ale g∏owica odczytujàca, która
jest przek∏adaƒcem wielu warstw, stwa-
rza wi´ksze problemy produkcyjne.”
˚eby na jednym calu zmieÊciç wi´cej

jest zogniskowanie wiàzki Êwiat∏a laserowego do postaci plam-
ki o rozmiarach mniejszych ni˝ 1

mm [ilustracja z lewej]. Roz-

wiàzanie opracowane w TeraStor jest nazywane technologià
„bliskiego pola”, poniewa˝ g∏owica odczytujàco-zapisujàca
musi znajdowaç si´ bardzo blisko powierzchni oÊrodka, w któ-
rym nast´puje zapis (odst´p nie mo˝e przekraczaç d∏ugoÊci
fali promieniowania laserowego).

NoÊnik zawiera warstw´ materia∏u magnetycznego podob-

nà do u˝ywanej w uk∏adach magnetooptycznych. Ró˝ni si´
ona tym, ˝e nie jest zanurzona w tworzywie sztucznym, ale
znajduje si´ na powierzchni plastikowego pod∏o˝a, co obni-
˝a koszty produkcji i pozwala na bezpoÊredni zapis danych
na powierzchni.

W przypadku tradycyjnego dysku magnetycznego bity sà

zapisywane jeden za drugim. W technologii, o której mowa,
bity zapisuje si´ prostopadle do p∏aszczyzny dysku, a nie rów-
nolegle w jego powierzchni. „Pola magnetyczne domen pio-
nowo wystajà z oÊrodka, zamiast uk∏adaç si´ pod∏u˝nie – wy-
jaÊnia Gordon R. Knight, g∏ówny technolog z TeraStor. – Taka
konfiguracja sprawia, ˝e pola magnetyczne bitów wspierajà
si´ nawzajem i w przeciwieƒstwie do sytuacji, w której by∏y-
by umieszczone poziomo, nie sà nara˝one na efekt nadpara-
magnetyczny.”

Co wi´cej, ultrama∏e domeny sà zapisywane w postaci prze-

nikajàcych si´ nawzajem ciàgów, tworzàc szereg pó∏okràg∏ych
bitów. Taka metoda zapisu pozwala na podwojenie liczby bi-
tów umieszczonych liniowo na Êcie˝ce i zwi´ksza g´stoÊç za-
pisu uzyskiwanà dzi´ki technologii opracowanej w TeraStor.

Odczyt danych odbywa si´ dzi´ki wykorzystaniu tzw. efektu
Kerra. Wiàzka Êwiat∏a odbija si´ od domen na dysku. W zale˝-
noÊci od tego, czy kryszta∏ w obr´bie domeny jest namagne-
sowany, tak by odpowiadaç 0 lub 1, zmienia si´ kierunek po-
laryzacji Êwiat∏a.

TeraStor doskonali technologi´ ju˝ od przesz∏o pi´ciu lat.

Jak przyznaje Knight, wielokrotnie odraczano wprowadze-
nie na rynek gotowego produktu, gdy˝ firma rozwiàzywa∏a po-
jawiajàce si´ problemy techniczne. Jednak˝e w minionym ro-
ku na targach bran˝owych zademonstrowano ju˝ kilka
dzia∏ajàcych egzemplarzy prototypowych i podj´to koope-
racj´ z kilkoma partnerami: dyski do zapisu majà dostarczaç
Maxell i Toso, elementy optyczne – Olympus, elementy uk∏a-
du elektronicznego – Texas Instruments, a monta˝em nap´du
zajmie si´ Mitsumi. Potentat rynkowy Quantum Corporation
z Milpitas w Kalifornii, majàcy udzia∏y w TeraStor, zaofero-
wa∏ dodatkowy dost´p do swojej technologii i laboratoriów
badawczych.

Je˝eli wszystko si´ powiedzie, TeraStor rozpocznie sprzeda˝

urzàdzeƒ przed koƒcem 2000 roku. Poczàtkowo na wymiennym
noÊniku o rozmiarach p∏yty CD b´dzie mo˝na zapisaç 20 GB.
(Obecnie dyski twarde przekraczajà ju˝ pojemnoÊç 70 GB.) Jak
zapewnia Knight, pierwsze nap´dy mogà zastàpiç uk∏ady ta-
Êmowe i optyczne wsz´dzie tam, gdzie liczy si´ szybkoÊç dost´-
pu, jak w przypadku cyfrowej obróbki sygna∏u wideo. Zapew-
nia te˝, ˝e technologia umo˝liwi wytwarzanie nap´dów
o znacznie wi´kszej pojemnoÊci – przekraczajàcej 300 GB – co
pozwoli na konkurowanie z dyskami magnetycznymi

W roku 2002 Êrednia cena twardego dysku spadnie do 0.003 dolara
za megabajt pojemnoÊci — przewiduje James Porter z Disc/Trend.

GEORGE RETSECK

Â

WIAT

N

AUKI

Sierpieƒ 2000 47

ni˝ 150 tys. Êcie˝ek, trzeba je zw´ziç do
170 nm. Podà˝anie wzd∏u˝ tak wàskich
Êcie˝ek jest bardzo trudne i dlatego ka˝-
dà z g∏owic trzeba b´dzie wyposa˝yç
w dodatkowy mechanizm precyzyjne-
go pozycjonowania. (Obecnie ca∏y ze-
spó∏ g∏owic ma wspólny mechanizm
sterujàcy.)

Poza tym mniejsze bity na w´˝szych

Êcie˝kach oznaczajà s∏abszy sygna∏. Aby
wydzieliç go z t∏a szumów, naukowcy

muszà opracowaç nowe algorytmy, któ-
re pozwolà na bezb∏´dny odczyt infor-
macji. U˝ywane obecnie oprogramowa-
nie wymaga, aby stosunek sygna∏u do
szumu by∏ wi´kszy od 20 dB. Belser
twierdzi, ˝e „brakuje co najmniej jeszcze
6 dB, abyÊmy mogli pracowaç ze stosun-
kiem sygna∏u do szumu, z jakim b´dzie-
my mieç do czynienia dla bitów o roz-
miarach odpowiadajàcych g´stoÊciom
zapisu z przedzia∏u 100–150 Gb/cal

2

.”

Eksperci z bran˝y dobrze rozumiejà te

problemy. Munce zapewnia, ˝e IBM
oraz inne firmy pracujà nad ulepsze-
niem materia∏ów, technologii wytwór-
czych i przetwarzania sygna∏ów, co
umo˝liwi ju˝ za kilka lat produkcj´ dys-
ków z powierzchniowà g´stoÊcià zapi-
su w przedziale 100–150 Gb/cal

2

.

Wprowadzanie g∏owic cienkowar-

stwowych trwa∏o blisko 10 lat. Kolejna
transformacja do technologii magneto-

Zastosowanie „twardych” materia∏ów

czywistym sposobem zmieszczenia na dysku wi´kszej por-
cji informacji jest zredukowanie obszaru bitu przez ogra-
niczenie liczby lub wielkoÊci zawartych w nim ziaren. Pro-

blem polega na tym, ˝e ma∏e bity zaczynajà ze sobà oddzia∏ywaç
(wyobraêmy sobie, ˝e zbli˝amy do siebie dwa magnesy sztab-
kowe). Aby zapobiec uszkodzeniu danych w wyniku efektu
nadparamagnetycznego, naukowcy badajà mo˝liwoÊç zasto-
sowania niektórych pierwiastków ziem rzadkich i metali przej-
Êciowych, które sà bardzo stabilne magnetycznie. Metale wyka-
zujàce wysokà koercj´ sà okreÊlane jako „twarde”.

Jednak˝e na twardym materiale trudno coÊ zapisaç i dlate-

go trzeba go wczeÊniej „zmi´kczyç”, ogrzewajàc za pomocà
lasera. W rezultacie maleje koercja ziaren, co umo˝liwia zapi-
sanie danych. Materia∏ po ostygni´ciu odzyskuje swe w∏aÊci-
woÊci i zarejestrowanym informacjom nie grozi niestabilnoÊç
wynikajàca z efektu nadparamagnetycznego. Pomys∏ na po-

zór jest prosty, ale trudniej go zrealizowaç: laser nie mo˝e
przypadkowo ogrzewaç sàsiednich bitów, w których wcze-
Êniej zapisano dane.

Firma Seagate Technology z siedzibà w Scotts Valley w Ka-

lifornii chce rozwiàzaç problem, stosujàc dysk, na którym kon-
centryczne Êcie˝ki sà oddzielone rowkami (nieco przypomina
to winylowà p∏yt´ gramofonowà). Rowki uniemo˝liwiajà prze-
p∏yw ciep∏a pomi´dzy sàsiednimi Êcie˝kami. Do rejestracji da-
nych na wàskich Êcie˝kach w Seagate skonstruowano g∏owic´
zapisujàcà nowego typu, pozycjonowanà przez specjalny me-
chanizm. Szczegó∏y sà na razie utrzymywane w tajemnicy.

G∏owica odczytujàca równie˝ nastr´cza pewnych proble-

mów. Nawet obecne doÊwiadczalne konstrukcje majà szero-
koÊç bli˝szà szerokoÊci trzech Êcie˝ek, a nie jednej i w zwiàz-
ku z tym – wed∏ug Karla A. Belsera, technologa z Seagate –
mogà rejestrowaç niepo˝àdany szum podczas odczytu. Nie
wystarczy opracowanie w´˝szych g∏owic, bo i tak wystàpi∏y-
by problemy z dok∏adnym ich ustawianiem nad bardzo wà-
skimi Êcie˝kami. Rozwiàzaniem by∏by laserowy system pozycjo-
nowania, ale to skomplikowa∏oby konstrukcj´ i podnios∏o
cen´ nap´du.

Alternatywà jest opracowanie noÊnika u∏atwiajàcego od-

czyt. Mo˝na to osiàgnàç w uk∏adzie dwuwarstwowym, w któ-
rym trwa∏a warstwa pami´tajàca znajduje si´ pod warstwà
odczytujàcà. Aby odczytaç dane z dysku, trzeba b´dzie ma-
gnetycznie wymazaç zawartoÊç warstwy odczytujàcej, a na-
st´pnie laserem podgrzaç zawartoÊç odpowiedniej Êcie˝ki

w warstwie pami´tajàcej. Dzi´ki temu dane zo-
stanà przeniesione do warstwy odczytujàcej na
drodze sprz´˝enia magnetycznego, podobnie

jak w obecnych dyskach magnetooptycznych. Po przepisaniu
Êcie˝ki do warstwy odczytujàcej jej zawartoÊç mo˝na odczy-
taç bez zak∏óceƒ pochodzàcych z sàsiednich Êcie˝ek. Z tym za-
daniem poradzi sobie nawet szeroka g∏owica.

Jak twierdzà w Seagate, dzia∏ajàcy uk∏ad tego typu pomie-

Êci∏by nawet 1000 Gb/cal

2

. (Sàdzi si´, ˝e pojemnoÊç dysków

tradycyjnych jest ograniczona przez efekt nadparamagnetycz-
ny do wartoÊci 100–150 Gb/cal

2

.) Nawet w Seagate przyzna-

jà jednak, ˝e do pojawienia si´ na rynku dysków magnetycz-
nych ze wspomaganiem termicznym up∏ynà co najmniej
cztery lata.

48 Â

WIAT

N

AUKI

Sierpieƒ 2000

W DYSKU MAGNETOOPTYCZNYM laser ogrze-
wa wybrany obszar, rozluêniajàc domeny, co po-
zwala zmieniç ich orientacj´ za pomocà pola ma-
gnetycznego. Ten bardzo prosty pomys∏ nie∏atwo
jest poddaç miniaturyzacji, poniewa˝ trzeba wy-
strzegaç si´ przypadkowego oÊwietlenia i ogrza-
nia laserem (a wi´c najprawdopodobniej uszko-
dzenia) miejsca z wczeÊniej zapisanymi danymi.
Jedno z rozwiàzaƒ polega na wykonaniu dysku,
w którym koncentryczne Êcie˝ki sà oddzielone
rowkami, które uniemo˝liwiajà przep∏yw ciep∏a.
W firmie Seagate Technology rozwa˝a si´ odczy-
tywanie danych za pomocà uk∏adu dwuwarstwo-
wego. Dane by∏yby zapisane w dolnej warstwie.
Tu˝ przed odczytem laser ogrzewa∏by cz´Êç Êcie˝-
ki w dolnej warstwie. Jej ogrzanie powodowa∏o-
by sprz´˝enie magnetyczne z górnà warstwà dys-
ku i przeniesienie do niej danych. Dane by∏yby
odczytywane z górnej warstwy przy braku pól
zak∏ócajàcych ze strony Êcie˝ek sàsiednich.

GEORGE RETSECK; èRÓD¸O:

HOW COMPUTERS WORK

, RON WHITE, wyd. IV, QUE CORPORATION, 1998

WIÑZKA

LASEROWA

ZASI¢G POLA

MAGNETYCZNEGO

OBSZAR

OGRZEWANY

LASEREM

PLASTIK

STOP

ALUMINIUM

G¸OWICA

ZAPISUJÑCA

O

rezystywnej zaj´∏a szeÊç lat i wymaga∏a
rozwiàzania wielu problemów technicz-
nych, jak rozseparowanie elementów
czytajàcych i zapisujàcych g∏owicy,
wprowadzenie techniki napylania i in-
nych serwomechanizmów sterujàcych.
„PrzejÊcie od cienkowarstwowych g∏o-
wic indukcyjnych do magnetorezystyw-
nych obejmowa∏o wiele nowych proce-
sów – stwierdza Munce. – Opóênienia
by∏y nieuniknione.”

Ale przejÊcie do g∏owic GMR dokonu-

je si´ znacznie szybciej i trwa 12–18 mie-
si´cy. IBM i Toshiba rozpocz´∏y sprzeda˝
produktów tej generacji, zanim reszta
producentów w pe∏ni przestawi∏a si´ na
g∏owice magnetorezystywne.

Szybka transformacja by∏a mo˝liwa,

poniewa˝ g∏owice GMR wymagajà sto-
sunkowo niewielu zmian we wspó∏pra-
cujàcych z nimi elementach dysku.
Munce przewiduje, ˝e wzrost pojemno-
Êci dysków do 100 Gb/cal

2

b´dzie nast´-

powa∏ stopniowo.

Problem szybkoÊci

PojemnoÊç dysku to nie jedyny pro-

blem. Równie wa˝na jest szybkoÊç
dost´pu do danych. Staje si´ ona wa˝-
nym czynnikiem, który wp∏ynie na czas
stosowania technologii dysków magne-
tycznych. Mimo ˝e pojemnoÊç dysków
wzrasta co rok o 130%, to szybkoÊç do-
st´pu do danych zwi´ksza si´ zaledwie
o 40%.

Aby jà poprawiç, producenci dà˝à do

zwi´kszenia pr´dkoÊci obrotowej dys-
ków. Ale gdy dysk wiruje szybciej, tur-
bulencje powietrza i drgania mogà
powodowaç trudnoÊci z identyfikacjà
Êcie˝ek – mo˝na je rozwiàzaç jedynie
za pomocà dodatkowego mechanizmu
pozycjonujàcego ka˝dej z g∏owic. Inne
potencjalne udoskonalenie to wprowa-
dzenie ∏o˝ysk cieczowych w miejsce
stalowych lub ceramicznych ∏o˝ysk
kulkowych, które si´ zu˝ywajà i sà êró-
d∏em s∏yszalnego szumu, gdy talerze
wirujà szybciej ni˝ 10 tys. obrotów na
minut´.

Wielu ekspertów z bran˝y przewidu-

je, ˝e rynek mo˝e si´ podzieliç – cz´Êç
dysków b´dzie zoptymalizowana pod
kàtem pojemnoÊci, a pozosta∏e pod kà-
tem szybkoÊci. Pierwsze znajdà zastoso-
wanie w masowym przechowywaniu
danych, jak archiwizacja dokumentów
w firmach. Druga grupa b´dzie u˝ywa-
na na przyk∏ad w systemach obs∏ugi
klienta, w których szybki dost´p do da-
nych ma podstawowe znaczenie.

W przesz∏oÊci u˝ytkownicy decydo-

wali si´ zwykle na wi´kszy i jak najtaƒ-
szy dysk, nawet je˝eli jego wydajnoÊç
by∏a ni˝sza. „W naszej nadzwyczaj kon-

Struktury bitów

agnetyczne dyski twarde pozwalajà przechowywaç dane z niewiary-
godnà g´stoÊcià – przekraczajàcà 10 Gb/cal

2

. Gdy producenci starajà si´

upakowaç jeszcze g´Êciej informacje, mniejsze bity zaczynajà ze so-

bà oddzia∏ywaç – pojawia si´ efekt nadparamagnetyczny [patrz tekst g∏ów-
ny]. Jeden z prostych sposobów, który mo˝e temu zapobiec, polega na roz-
dzieleniu poszczególnych bitów przegrodami. Odpowiednia technologia, w
której zastosowano by noÊnik ze strukturà, jest przedmiotem nieustannych
badaƒ w wi´kszoÊci laboratoriów prowadzàcych zaawansowane prace nad
systemami pami´ci masowej.

Jedna z metod nadania struktury noÊnikowi polega na wykonaniu wysepek

i dolin na powierzchni talerza dysku, tak aby ka˝da wysepka odpowiada∏a po-
jedynczemu bitowi. Jej zwolennicy twierdzà, ˝e jeden bit danych (0 lub 1)
mo˝na teoretycznie zapisaç w pojedynczym ziarnie (kryszta∏ku) materia∏u
magnetycznego. Tradycyjna technologia dysków twardych wymaga, aby ob-
szar jednego bitu zawiera∏ co najmniej 500–1000 ziaren. Ziarno ma Êrednic´
7–8 nm: da si´ wi´c osiàgnàç g´stoÊç zapisu przekraczajàcà 10 tys. Gb/cal

2

(czyli 10 Tb/cal

2

).

Badane sà mo˝liwoÊci wykonywania wysp i dolin za pomocà fotolitografii,

procesu stosowanego do produkcji uk∏adów scalonych. „Potrzebne b´dà
wiàzki laserowe lub elektronowe, aby wytrawiç wzór [na powierzchni oÊrod-

ka]. Nast´pnie b´dzie mo˝na na warstwie pod∏o˝owej wyhodowaç wysepki
o Êrednicy jednego ziarna” – wyjaÊnia Gordon R. Knight, g∏ówny technolog
z TeraStor. Ale taka metoda wymaga wielu udoskonaleƒ. DoÊwiadczenie po-
kazuje, ˝e obecnie litografia pozwala otrzymywaç wysepki o Êrednicy zbli˝o-
nej do 80 nm, a wi´c o rzàd wi´kszej, ni˝ trzeba.

Nawet je˝eli uda si´ uzyskaç wystarczajàco ma∏e wysepki i doliny, to i tak

konieczna b´dzie rewolucja w technologii g∏owic, pozwalajàca odczytaç
dane – t∏umaczy Currie Munce, dyrektor oddzia∏u systemów i technologii
pami´ci masowych w IBM Almaden Research Center w San Jose w Kali-
fornii. Twierdzi, ˝e ró˝ne problemy zwiàzane ze stosunkiem sygna∏u do
szumu wymuszà radykalne odejÊcie od obecnych systemów dysków magne-
tycznych. Up∏ynie wiele lat, zanim noÊniki ze strukturà b´dà stosowane
w praktyce.

„GÓRY I DOLINY” na powierzchni dysku magnetycznego mogà w przysz∏oÊci po-
móc w unikni´ciu efektu nadparamagnetycznego, którego istotà jest wzajemne
sprz´ganie si´ g´sto upakowanych bitów. TrudnoÊç polega na wykonaniu do-
statecznie ma∏ych górek: aby osiàgnàç po˝àdanà g´stoÊç zapisu, powinny one
mieç Êrednic´ oko∏o 8 nm lub mniejszà. W IBM stworzono takà struktur´ z pola-
mi o rozmiarach 0.1 i 0.2 µm (wstawka), czyli 100 i 200 nm.

POD¸O˚E

WARSTWA
MAGNETYCZNA
ZE STRUKTURÑ

GEORGE RETSECK; IBM (

mikrografia

)

M

Â

WIAT

N

AUKI

Sierpieƒ 2000 49

Na horyzoncie — pami´ç holograficzna

rzez blisko 40 lat pami´ç holograficzna sta∏a si´ prawdzi-
wym mitem badaƒ technologicznych. Mimo nadzwyczaj
du˝ych nak∏adów kompletny, uniwersalny i komercyjny

system holograficzny wymyka si´ naukowcom pracujàcym
w laboratoriach przemys∏owych i akademickich. A jednak kon-
tynuuje si´ intensywne poszukiwania ze wzgl´du na zwiàza-
ne z tà technologià nadzieje.

Wed∏ug przewidywaƒ teoretycznych w koƒcu b´dzie mo˝-

na wykorzystaç holografi´ do zapisania bilionów bajtów in-
formacji, odpowiadajàcych milionom ksià˝ek, w krysztale
o rozmiarach kostki cukru lub na p∏ycie o Êrednicy zwyk∏ego
krà˝ka CD. Technologia holograficzna umo˝liwia równie˝ od-
czyt danych z szybkoÊcià nieosiàgalnà dla dysków magnetycz-
nych. Krótko mówiàc, ˝aden inny rozwijany obecnie system pa-
mi´ci masowej nie mo˝e równaç si´ z holografià pod
wzgl´dem pojemnoÊci i szybkoÊci.

Te fakty przyciàgn´∏y uwag´ tuzów, jak IBM, Rockwell, Lucent

Technologies i Bayer Corporation. Pracujàc niezale˝nie od sie-
bie, a czasami ∏àczàc si´ w konsorcja badawcze inicjowane i wspó∏-
finansowane przez U.S. Defense Advanced Research Projects
Agency (DARPA), firmy chcia∏yby uzyskaç dzia∏ajàcy i komercyj-
ny system pami´ci holograficznej w najbli˝szym dziesi´cioleciu.

Poczàwszy od po∏owy lat dziewi´çdziesiàtych, DARPA wspie-

ra dwa konsorcja zajmujàce si´ badaniami nad technologià
pami´ci holograficznych: Holographic Data Storage System
(HDSS) oraz PhotoRefractive Information Storage Materials
(PRISM). Obydwie organizacje zrzeszajà zarówno firmy, jak
i naukowców z oÊrodków akademickich, m.in. California Insti-
tute of Technology, Stanford University, University of Arizo-
na i Carnegie Mellon University. HDSS za∏o˝ono w 1995 roku
na pi´ç lat z zadaniem stworzenia praktycznego systemu pa-
mi´ci holograficznej. PRISM powo∏ano do ˝ycia w 1994 roku
w celu opracowania do koƒca 2000 roku nowoczesnego no-
Ênika na potrzeby pami´ci holograficznych.

Poniewa˝ zbli˝ajà si´ obydwa wyznaczone terminy, uczest-

nicy konsorcjów informujà o swoich sukcesach. I tak pod koniec
ubieg∏ego roku HDSS zademonstrowa∏o w Stanford Universi-
ty uk∏ad pami´ci holograficznej pozwalajàcy odczytywaç dane
z pr´dkoÊcià miliarda bitów na sekund´. HDSS zorganizowa-
∏o równie˝ w siedzibie Rockwella w Thousand Oaks w Kalifor-
nii pokaz, który dowodzi∏, ˝e dost´p do przypadkowo wybra-
nej komórki pami´ci mo˝na uzyskaç w czasie nie d∏u˝szym ni˝
100 µs. Naukowcy zamierzajà skróciç go do kilkudziesi´ciu mi-
krosekund. Uzyskany wynik jest zdecydowanie lepszy ni˝
w przypadku dysków magnetycznych, gdzie udost´pnienie
dowolnie wybranego elementu wymaga milisekund. Tak krót-
ki czas dost´pu to wynik szybkiego ruchu wiàzki laserowej,
której nie dotyczy bezw∏adnoÊç inaczej ni˝ elementów mecha-
nicznych w tradycyjnych nap´dach dyskowych.

Mimo ˝e obydwie prezentacje ró˝ni∏y si´ znacznie pod

wzgl´dem noÊnika, w którym zapisywano dane, oraz techni-
ki odczytu, to podstawowe cechy obydwu uk∏adów pozosta-
∏y wspólne. Wa˝na w∏aÊciwoÊç to jednoczesny zapis lub od-

czyt ca∏ej strony danych. Takie strony mogà zawieraç tysiàce,
a nawet miliony bitów.

Ka˝da strona danych jest zapisywana w postaci optyczne-

go obrazu interferencyjnego w fotoczu∏ym krysztale lub po-
limerze. Strony sà zapisywane kolejno za pomocà dwóch wià-
zek laserowych. Jedna z nich, nazywana wiàzkà przedmiotowà
lub sygna∏owà, niesie informacje o stronie danych, która ma
byç zapisana. W tym celu wczeÊniej zosta∏a przepuszczona
przez modulator przestrzenno-optyczny, podobny nieco do
ekranu ciek∏okrystalicznego. Informacje w modulatorze sà za-
kodowane w postaci przezroczystych i nieprzezroczystych
kwadracików, co przypomina troch´ diagram krzy˝ówki.

Hologram strony powstaje wtedy, kiedy wiàzka przedmio-

towa spotyka si´ z drugà wiàzkà, nazywanà wiàzkà odniesie-
nia, i obydwie interferujà ze sobà wewnàtrz noÊnika. Zale˝nie
od rodzaju noÊnika obraz interferencyjny jest utrwalany w wy-
niku zachodzàcych w materiale przemian fizycznych lub che-
micznych. Skutkiem sà zmiany wspó∏czynnika za∏amania,
wspó∏czynnika absorpcji albo gruboÊci warstwy fotoczu∏ej.

Kiedy zapisany w ten sposób obraz interferencyjny zostanie

oÊwietlony jednà z dwóch wiàzek laserowych, ulegnie ona dy-
frakcji, odtwarzajàc drugà z wiàzek u˝ytych do zapisu. Ozna-
cza to, ˝e oÊwietlenie noÊnika wiàzkà referencyjnà pozwala
odzyskaç wiàzk´ przedmiotowà. Dzi´ki temu stosunkowo ∏a-
two jest odczytaç dane, wykorzystujàc na przyk∏ad scalony
przetwornik optoelektroniczny, podobny do u˝ywanych w cy-
frowych kamerach wideo. Dane z przetwornika sà przetwa-
rzane i kierowane do komputera w postaci strumienia bitów.

Naukowcy potrafià w tym samym noÊniku zapisywaç wiele

obrazów interferencyjnych, odpowiadajàcych ró˝nym stro-
nom danych. Poszczególne strony wybiera si´ przez zmian´ kà-
ta pomi´dzy wiàzkà przedmiotowà i referencyjnà lub zmian´
d∏ugoÊci fali promieniowania laserowego.

F

irma Rockwell, zainteresowana wykorzystaniem pami´ci
holograficznych w aplikacjach wojskowych, lotniczych i ko-

smicznych, zoptymalizowa∏a swój uk∏ad pod kàtem szybkiego
dost´pu do danych, przyk∏adajàc mniejszà wag´ do jego po-
jemnoÊci. W tym celu wykorzystano unikatowy, niezwykle
szybki akusto-optyczny system pozycjonowania sterujàcy wiàz-
kà laserowà, oparty na krysztale niobianu litu. Inaczej by∏o
w przypadku pokazu w Stanford, gdzie zademonstrowano
dysk polimerowy o rozmiarach p∏yty CD, zdolny pomieÊciç ol-
brzymià iloÊç danych i oparty na rozwiàzaniach technologicz-
nych opracowanych m.in. w firmach IBM i Bayer. Co wi´cej,
w Stanford po∏o˝ono nacisk na zastosowanie komponentów
i materia∏ów, które ∏atwo mo˝na b´dzie wykorzystaç w przy-
sz∏ych komercyjnych systemach pami´ci holograficznej.

Jak wyjaÊnia Hans Coufal, nadzorujàcy uczestnictwo IBM

w programach HDSS i PRISM, strategia firmy polega na wy-
korzystaniu jak najwi´kszej liczby elementów wytwarzanych
masowo, wtedy gdy jest to mo˝liwe. Lasery – podkreÊla Coufal
– sà podobne do tych, które znajdziemy w odtwarzaczach

kurencyjnej bran˝y dyski o 30–40%
wi´kszej wydajnoÊci osiàgajà zaledwie
o 20% wy˝szà cen´” – podsumowuje
Munce.

Nowe zastosowania wymagajà szyb-

szych dysków. Sklepy elektroniczne
w Internecie muszà na bie˝àco przetwa-
rzaç dane o klientach. W firmach jest co-
raz wi´cej wydzielonych serwerów z da-

nymi, z których jednoczeÊnie korzysta
wielu pracowników i musi mieç do nich
szybki dost´p.

Konkurencja pomi´dzy pojemnoÊcià

a wydajnoÊcià mo˝e si´ nasiliç, po-
niewa˝ w przemyÊle rozwa˝a si´ ró˝ne
sposoby pokonania bariery nadpara-
magnetycznej. Eksperci sà zgodni w
tym, ˝e przekroczenie g´stoÊci upa-

kowania 150 Gb/cal

2

b´dzie wymagaç

du˝ych odst´pstw od tradycyjnej kon-
strukcji magnetycznych dysków twar-
dych. Niektóre alternatywne rozwià-
zania charakteryzujà si´ ogromnà
pojemnoÊcià, ale ich szybkoÊç jest nie-
zadowalajàca i ogranicza∏aby zakres
mo˝liwych zastosowaƒ. Obecnie g∏ów-
ne strategie to:

50 Â

WIAT

N

AUKI

Sierpieƒ 2000

P

• Zmiana orientacji bitów na dysku

z pod∏u˝nej (le˝àcej na obwodzie
okr´gu) na poprzecznà lub wg∏´bnà,
co umo˝liwi g´stsze ich upakowanie
i zapobiegnie przypadkowym zmia-
nom [ramka na stronie 46].

• Wykorzystanie stopów magnetycz-

nych, na przyk∏ad ˝elaza z platynà
i kobaltu z samarem, które wykazujà

zwi´kszonà odpornoÊç na efekt nad-
paramagnetyczny. Je˝eli magnetycz-
na „twardoÊç” materia∏u utrudnia na-
grywanie danych, to oÊrodek nale˝y
„zmi´kczyç” przed zapisem [ramka
na stronie 48].

• Litograficzne nanoszenie struktury na

powierzchni´ oÊrodka w celu utwo-
rzenia mikroskopowych barier po-

mi´dzy poszczególnymi bitami [ram-
ka na stronie 49].

• Wykorzystanie zupe∏nie innych

materia∏ów do przechowywania da-
nych, jak kryszta∏ów holograficznych
[ramka na stronie 50], metali zmienia-
jàcych fazy [ramka na stronie 52] oraz
tworzyw sztucznych [ramka na stro-
nie 53].

p∏yt kompaktowych, a modulatory przestrzenno-optyczne
przypominajà zwyk∏e wyÊwietlacze ciek∏okrystaliczne.

Mimo to potrzeba jeszcze olbrzymiego wysi∏ku, nim pami´-

ci holograficzne przekszta∏cà si´ w uk∏ady komercyjne – stwier-
dza Coufal. T∏umaczy on, ˝e warunkiem poprawnego dzia∏a-
nia systemu jest jak najbli˝szy idea∏u obraz strony rejestrowany
przez scalonà kamer´. Spe∏nienie wysokich wymagaƒ dotyczà-
cych justowania lasera, detektorów i modulatorów przestrzen-
no-optycznych w tanim uk∏adzie stanowi nie lada problem.

Nieustajàcym wyzwaniem – podkreÊla Currie Munce, dyrek-

tor oddzia∏u systemów i technologii pami´ci masowej w IBM
Almaden Research Center – jest znalezienie odpowiedniego
noÊnika do zapisu danych. W IBM testowano ró˝ne materia-
∏y, w tym kostki kryszta∏u niobianu litu, inne substancje nie-
organiczne oraz polimery fotorefrakcyjne, fotochromatycz-

ne i fotochemiczne, które opracowu-
je Bayer i inne firmy. Munce stwier-
dza te˝, ˝e niezale˝ne badania, które
prowadzà firmy Lucent oraz Imation
Corporation z Oakdale w Minneso-
cie, równie˝ majà obiecujàce wyniki.
˚aden z noÊników testowanych do-
tychczas w IBM nie ∏àczy∏ jakoÊci, po-
jemnoÊci i niskiej ceny – co powin-
no byç cechà uniwersalnego uk∏adu
komercyjnego.

Coufal i Munce twierdzà, ˝e dawne

zainteresowanie IBM zapisem hologra-
ficznym wzros∏o jeszcze pod koniec lat
dziewi´çdziesiàtych, kiedy lepiej zro-
zumiano asocjacyjne w∏aÊciwoÊci meto-
dy. Coufal wyjaÊnia, ˝e w przesz∏oÊci
zastosowania pami´ci holograficznych
by∏y ukierunkowane na tworzenie
trwa∏ych i obszernych bibliotek, w któ-
rych dane tekstowe, dêwi´kowe i wi-
deo by∏yby umieszczone w niewielkiej
obj´toÊci. Wraz z rosnàcym na rynku
zainteresowaniem wyszukiwaniem da-
nych – a g∏ównie przeglàdaniem rozle-
g∏ych baz danych w celu odnalezienia
prawid∏owoÊci lub tendencji, które by-
∏yby wskazówkà w podejmowaniu
strategicznych decyzji lub optymaliza-
cji zarzàdzania w biznesie – mo˝liwo-
Êci asocjacyjne pami´ci holograficznych
stajà si´ szczególnie atrakcyjne.

Po zapisaniu danych w postaci holo-

graficznej daje si´ wyÊwietliç wybranà
ich stron´ w taki sposób, ˝e odtworzo-
ne zostanà wszystkie wiàzki referencyj-
ne dla danych charakteryzujàcych si´
podobnym wzorem i znajdujàcych si´

w noÊniku. Nat´˝enia wiàzek referencyjnych poinformujà o stop-
niu zgodnoÊci zwiàzanych z nimi danych ze stronà wzorcowà.

„Obecnie wyszukujemy dane na dysku, podajàc adres sek-

tora, a nie ich treÊç – t∏umaczy Coufal. – Idziemy pod wska-
zany adres, Êciàgamy dane i porównujemy je ze wzorcem.
Technologia holograficzna pozwoli na optyczne porównywa-
nie danych, nawet bez potrzeby ich odczytywania. Przeszu-
kujàc rozleg∏e bazy danych, od razu zostaniemy skierowani
do elementów o najwi´kszej zgodnoÊci.”

Poszukiwania idealnego noÊnika przed∏u˝ajà si´, a prak-

tyczne aplikacje, jak wyszukiwanie danych, zwi´kszajà zapo-
trzebowanie na pami´ci holograficzne. Dzi´ki jasnemu
okreÊleniu przynajmniej jednego zastosowania przysz∏oÊç ho-
lograficznych systemów pami´ci masowych wyglàda coraz
bardziej optymistycznie.

SCHEMAT UK¸ADU OPTYCZNEGO pami´-
ci holograficznej ilustruje, jak mo˝na zapisaç
strony danych w krysztale. Wiàzka przedmio-
towa po przejÊciu przez modulator prze-
strzenno-optyczny niesie ze sobà dane. Na-
st´pnie spotyka drugà wiàzk´ – wiàzk´
odniesienia – i tworzy z nià obraz interferen-
cyjny wewnàtrz kryszta∏u, w którym majà
byç zapisane dane. Skaner mechaniczny zmie-
nia nast´pnie kàt padania wiàzki odniesie-
nia, co umo˝liwia zapisanie kolejnej strony.

Â

WIAT

N

AUKI

Sierpieƒ 2000 51

LASER

ZWIERCIAD¸O

ZWIERCIAD¸O

ZWIERCIAD¸O

SOCZEWKA

KRYSZTA¸

SOCZEWKA

WIÑZKA

PRZEDMIOTOWA

WIÑZKA

PRZEDMIOTOWA

SOCZEWKA

SOCZEWKA

SOCZEWKA

SOCZEWKA

ZWIERCIAD¸O

P¸YTKA

ÂWIAT¸ODZIELÑCA

WIÑZKA

ODNIESIENIA

WIÑZKA

ODNIESIENIA

UK¸AD
SKANUJÑCY

MODULATOR

PRZESTRZENNO-

-OPTYCZNY

P¸YTKA

ÂWIAT¸ODZIELÑCA

UK¸AD DO ODCZYTU

HOLOGRAMU

PASKI

ZWIERCIADLANE

GEORGE RETSECK

Za 10 lat: pami´ci masowe o rozdzielczoÊci atomowej

huck Morehouse, dyrektor Information Storage Techno-
logy Lab firmy Hewlett-Packard (HP) w Palo Alto w Kali-
fornii, nie ma wàtpliwoÊci, ˝e systemy pami´ci masowej

o rozdzielczoÊci atomowej nigdy w pe∏ni nie zastàpià dysków
magnetycznych. Dyski twarde i macierze dyskowe doskonale
si´ sprawdzajà w komputerach osobistych i oÊrodkach obli-
czeniowych, gdzie rozmiary sprz´tu nie odgrywajà zasadni-
czej roli. Inaczej to wyglàda, jeÊli chodzi o urzàdzenia, które
majà byç noszone niczym nar´czny zegarek lub zainstalowa-
ne na pok∏adzie statków kosmicznych – wtedy liczà si´ stosu-
nek wielkoÊci i pojemnoÊci, masa i zu˝ycie energii.

Program badaƒ nad pami´cià masowà o rozdzielczoÊci ato-

mowej realizowany w firmie Hewlett-Packard ma na celu stwo-
rzenie uk∏adu wielkoÊci paznokcia, w którym g´stoÊç zapisu prze-
kracza∏aby 1 Tb/cal

2

. W technologii wykorzystuje si´ osiàgni´cia

w dziedzinie mikroskopii z sondà atomowà. Jej istota polega na
wykorzystaniu ostrza o rozmiarach pojedynczego atomu do ba-
dania powierzchni materia∏u, co daje obraz z dok∏adnoÊcià do na-
nometra. Realizacja pami´ci masowej polega∏aby na zbudowa-
niu macierzy sond zapisujàcych i odczytujàcych dane z punktów
na powierzchni noÊnika. Wzajemnà pozycj´ ostrza i noÊnika
ustawia∏oby si´ za pomocà mikroprzesuwnika.

IBM oraz inne firmy intensywnie pracujà nad pami´cià ma-

sowà tego typu i jak informuje Morehouse, sà wspierane przez
amerykaƒski Departament Obrony. Na przyk∏ad Defense Ad-

vanced Research Projects Agency (DARPA) wyp∏aca pensj´
trzem naukowcom zatrudnionym w HP, którzy zajmujà si´
przeniesieniem uk∏adu z fazy laboratoryjnej na rynek.

Jak t∏umaczy Morehouse, muszà oni rozwiàzaç cztery pod-

stawowe problemy. Pierwszy to kwestia noÊnika informacji.
Grupa z HP wybra∏a materia∏, który w temperaturze pokojo-
wej ma dwa ró˝ne stabilne stany fizyczne, czyli fazy. Jedna
z faz jest amorficzna, a druga krystaliczna. Bity sà zapisywa-
ne w oÊrodku bistabilnym przez ogrzewanie wybranych punk-
tów, co powoduje przejÊcie mi´dzy jednà fazà a drugà.

Drugi dotyczy ostrza sondy, które musi emitowaç precyzyj-

nie ukierunkowanà wiàzk´ elektronów po przy∏o˝eniu do

niego napi´cia. Wiàzka o du˝ym nat´˝eniu przep∏ywajàca
z ostrza do oÊrodka ogrzewa punkt, dzi´ki czemu bit jest za-
pisywany lub wymazywany. Wiàzki o ma∏ym nat´˝eniu mo˝-
na u˝yç do odczytu, dokonujàc pomiaru oporu lub innych za-
le˝nych od fazy w∏aÊciwoÊci elektrycznych. Realne jest tak˝e
zastosowanie optycznych technik odczytu. HP szuka obecnie
rozwiàzania „dalekiego pola”, w którym ostrze by∏oby odda-
lone od noÊnika oko∏o 1000 nm, w przeciwieƒstwie do tech-
nik stosowanych obecnie, w których sonda znajduje si´ w kon-
takcie lub niemal w kontakcie z oÊrodkiem.

Trzeci problem wià˝e si´ z mikroprzesuwnikiem przezna-

czonym do pozycjonowania podczas odczytu i zapisu. Obec-
nie HP pracuje nad mikrosilnikiem pozwalajàcym na osiàgni´-
cie precyzji na poziomie nanometrów.

I ostatni – to obudowa. „Musimy uk∏ad zapisujàcy z roz-

dzielczoÊcià atomowà umieÊciç w stabilnej obudowie i opra-
cowaç sterowniki elektroniczne umo˝liwiajàce integracj´ z in-
nymi uk∏adami.” – t∏umaczy Morehouse. Na dodatek elementy
aktywne uk∏adu powinny znajdowaç si´ w pró˝ni, a przynaj-
mniej w gazie o ustalonym sk∏adzie, aby ograniczyç rozprasza-
nie elektronów w wiàzce odczytujàco-zapisujàcej i zmniejszyç
przep∏yw ciep∏a pomi´dzy punktami danych.

Morehouse uwa˝a, ˝e technologia pami´ci masowych o roz-

dzielczoÊci atomowej b´dzie gotowa w ciàgu najbli˝szych 10
lat, ale przyznaje, ˝e wprowadzenie urzàdzeƒ na rynek mo-

˝e potrwaç d∏u˝ej. Producenci
dysków magnetycznych majà
czego broniç. Morehouse ˝ywi
jednak nadziej´, ˝e pami´ç
masowa o rozdzielczoÊci ato-
mowej zajmie nale˝nà jej po-
zycj´ na rynku, gdy pojawià
si´ zastosowania wymagajàce
przenoÊnoÊci i jakoÊci.

„JeÊli chodzi o zastosowania

takich systemów, moja wy-
obraênia zawodzi.” – przyznaje.
Dyski magnetyczne stajà si´ co-
raz mniejsze – weêmy na przy-
k∏ad Microdrive z IBM (340 MB

pojemnoÊci przy Êrednicy 1 cala). Mimo to jest przekonany,
˝e „systemy pami´ci masowej o rozdzielczoÊci atomowej mo-
gà w wielu sytuacjach okazaç si´ konkurencyjne”. Jednà z ich
podstawowych zalet jest ma∏e zu˝ycie energii. Gdy nie wyko-
nuje si´ ˝adnych operacji, spada ono do zera. Producenci uk∏a-
dów umieszczanych w zegarkach nie zdecydujà si´ raczej na
Microdrive ze wszystkimi potrzebnymi do niego bateriami.

Morehouse przewiduje, ˝e pierwsze komercyjne uk∏ady te-

go typu mogà mieç pojemnoÊç zbli˝onà do 1 GB, która jednak
b´dzie si´ z czasem zwi´kszaç: „PojemnoÊç graniczna zosta-
nie wyznaczona przez minimalny rozmiar punktu danych. Nie
wiadomo, jaka ona b´dzie – mo˝e zaledwie 100 atomów?”

52 Â

WIAT

N

AUKI

Sierpieƒ 2000

WIÑZKI ELEKTRONÓW emitowane przez macierz
ostrzy o Êrednicy atomowej pozwalajà zapisaç da-
ne, ogrzewajàc niewielkie obszary noÊnika i zmie-
niajàc w ten sposób ich stan fizyczny, czyli faz´. No-
Ênik jest przesuwany z nanometrowà dok∏adnoÊcià
pod macierzà (na dole z prawej). Logo firmy Hew-
lett-Packard szerokoÊci 30 µm (wstawka) zosta∏o
zapisane i odczytane za pomocà jednego ostrza
w oÊrodku ulegajàcym przemianie fazowej.

GEORGE RETSECK; HEWLETT-PACKARRD

(mikrografia)

C

WIÑZKA

ELEKTRONÓW

OSTRZE

EMISYJNE

MACIERZ

OSTRZY

ZAWIESZENIE

SPR¢˚YNOWE

KOMÓRKI

NOÂNIKA

NOÂNIK

„Karty perforowane” przysz∏oÊci

ilkadziesiàt lat temu karty perforowane by∏y równie po-
pularnym co niewygodnym sposobem przechowywania
informacji. Obecnie dzi´ki swojej mechanicznej prostocie

i niebywale zmniejszonym rozmiarom znowu sta∏y si´ modne.
Grupa z oÊrodka badawczego IBM w Zurichu stworzy∏a proto-
typ nazwany Millipede (stonoga), który pozwala zmieÊciç zdu-
miewajàcà iloÊç informacji na niewielkiej powierzchni – 500 gi-
gabitów na calu kwadratowym – pod postacià mikroskopijnych
wg∏´bieƒ na p∏askiej powierzchni polimerowej. Dla porów-
nania: dyski magnetyczne pozwalajà obecnie uzyskaç do
35 Gb/cal

2

, nawet w najnowoczeÊniejszych laboratoryjnych

prototypach. „Na nowo wymyÊliliÊmy karty perforowane, wy-
konujàc je z plastiku” – chwali si´ Peter Vettiger, kierownik
projektu w IBM.

Aby zrozumieç, jak dzia∏a Millipede, przypomnijmy sobie

innà starà technologi´: gramofon z ig∏à. W wersji opracowa-
nej w IBM czubek ig∏y jest niewiarygodnie ostry (jego pro-

mieƒ ma zaledwie 20 nm) i delikatnie dotyka g∏adkiej mogà-
cej si´ przesuwaç powierzchni plastiku. Aby utworzyç
wg∏´bienie, przepuszcza si´ przez ig∏´ pràd elektryczny, któ-
ry na krótko rozgrzewa ostrze do 400°C, powodujàc nadtopie-
nie si´ polimeru. Ciàg impulsów pràdu powoduje powstanie
kolejnych wg∏´bieƒ – do∏ki i obszary p∏askie odpowiadajà 0
i 1 w j´zyku cyfrowym.

W celu odczytania informacji ig∏´ ogrzewa si´ do 350°C (czy-

li poni˝ej temperatury topnienia plastiku) i przesuwa po po-
wierzchni polimeru. Gdy ostrze trafi w do∏ek, wzrasta rozpra-
szanie ciep∏a. W rezultacie obni˝y si´ temperatura ig∏y, co
mo˝na zarejestrowaç jako zmian´ oporu elektrycznego.

IBM zdo∏a∏ niedawno wykorzystaç t´ technologi´, zaczerp-

ni´tà z mikroskopii si∏ atomowych, i stworzyç funkcjonalny
prototyp. Aby zwi´kszyç tempo odczytu i zapisu danych, urzà-
dzenie wyposa˝ono w 1024 ig∏y (stàd w∏aÊnie nazwa Milli-
pede) rozmieszczone na powierzchni zaledwie 3

´ 3 mm. Ig∏y

wykonane z krzemu tworzà macierz o wymiarach 32 na 32

i pracujà jednoczeÊnie, wykonujàc wg∏´bienia na pokrytym
warstwà polimeru pod∏o˝u krzemowym.

Zaletà Millipede jest przewidywany niski koszt produkcji

urzàdzenia. IBM zapewnia, ˝e macierz mo˝na wytwarzaç w spo-
sób op∏acalny tà samà technologià co wspó∏czesne elektro-
niczne uk∏ady scalone. „Na jednej p∏ytce pod∏o˝owej b´dzie
mo˝na wytworzyç setki takich macierzy” – przewiduje Vettiger.

Aby zwi´kszyç pojemnoÊç uk∏adu, mo˝na rozbudowaç ma-

cierze (wczesne Millipede’y mia∏y zaledwie 25 igie∏ w uk∏a-
dzie pi´ç na pi´ç) albo zwielokrotniç ich liczb´ lub zastoso-
waç oba te sposoby jednoczeÊnie. „Na razie jesteÊmy otwarci
na ró˝ne rozwiàzania. Pomys∏ jest jeszcze niedopracowany” –
stwierdza Vettiger. Innym udoskonaleniem mog∏oby byç za-
stosowanie jako igie∏ nanorurek w´glowych, co jeszcze bardziej
zmniejszy∏oby rozmiary.

Zanim jednak Millipede znajdzie si´ na rynku, IBM musi roz-

wiàzaç kilka podstawowych problemów. Firma obecnie zaj-

muje si´ jednym z nich – d∏ugookresowà trwa∏oÊcià zapisu.
Zu˝ycie mechaniczne mo˝e st´piç ostrza, co spowoduje, ˝e
wg∏´bienia na powierzchni plastiku stanà si´ wi´ksze. W koƒ-
cu mo˝e dojÊç do nak∏adania si´ sàsiednich znaków i dane za-
mienià si´ w cyfrowà kaszk´.

Nie ulega wàtpliwoÊci, ˝e trzeba w∏o˝yç du˝o pracy, aby

Millipede mia∏ choçby szans´ zastàpienia dysków magnetycz-
nych. Byç mo˝e ∏atwiej b´dzie w przypadku niewielkich pro-
duktów u˝ytkowych. W IBM wierzy si´, ˝e mo˝na uzyskaç nie-
wielki uk∏ad (o rozmiarach 10

´ 10 ´ 5 mm lub nawet mniejszy),

który umo˝liwi zarejestrowanie 10 Gb. To sprawi, ˝e b´dzie on
zaspokaja∏ potrzeby telefonów komórkowych, cyfrowych apa-
ratów fotograficznych, a nawet zegarków. „Na tym w∏aÊnie
skoncentrujemy nasze wysi∏ki przez najbli˝szy rok lub dwa. –
zapowiada Vettiger. Ale po chwili reflektuje si´. – To wcià˝ pro-
jekt badawczy. Nie wiadomo, czy i kiedy urzàdzenia tego ty-
pu znajdà si´ na rynku.”

Alden M. Hayashi, dziennikarz Scientific American

Â

WIAT

N

AUKI

Sierpieƒ 2000 53

GEORGE RETSECK; IBM (

mikrografia

)

UK¸AD MILLIPEDE (stonoga) zawiera 1024 rylce two-
rzàce macierz o wymiarach 32 na 32 (z lewej). Rylce
zapisujà i odczytujà dane w postaci malutkich wg∏´-
bieƒ na powierzchni plastiku (na górze). Promieƒ ostrza
ka˝dego rylca wynosi zaledwie 20 nm (wstawka).

K

UK¸AD SCALONY

Z DWUWYMIAROWÑ

MACIERZÑ IGIE¸

UK¸AD SCALONY

Z DWUWYMIAROWÑ

MACIERZÑ IGIE¸

NOÂNIK

OSTRZE IG¸Y

MULTIPLEKSER

IG¸A

Mimo ˝e w cz´Êç z tych rozwiàzaƒ

producenci zainwestowali ju˝ znaczne
Êrodki, to wi´kszoÊç z nich pozostaje
wcià˝ na etapie wczesnych testów. Nie-
które pomys∏y byç mo˝e uda si´ zreali-
zowaç dopiero, kiedy nastàpi prze∏om
w badaniach lub zasadniczy post´p we
wspierajàcej je technologii, co umo˝li-
wi wykonanie pierwszych prototypów.

Chwila wytchnienia

Zanim to nastàpi, producenci dysków

twardych wprowadzà kolejne udosko-
nalenia i wycisnà co si´ da z konwen-
cjonalnej technologii magnetycznej.
„Bran˝a chyba znajduje si´ na krzy-
wej S” – stwierdza Porter z Seagate. Wy-
jaÊnia te˝, ˝e w najbli˝szym czasie pro-
ducenci b´dà nadal p∏ynàç na fali po-
st´pu w dziedzinie fotolitografii i wy-
twarzania uk∏adów scalonych, który po-
zwoli∏ na op∏acalne wytwarzanie g∏o-
wic magnetorezystywnych i GMR.
W konsekwencji cena jednego bitu in-
formacji zapisywanych na dysku spa-
da w tempie 1.5% na tydzieƒ.

Jednak˝e eksperci sà zgodni w tym,

˝e wywierana b´dzie silna presja, by
utrzymaç taki post´p d∏u˝ej ni˝ przez
kilka lat. PojemnoÊç ju˝ nie b´dzie wzra-
staç o 130% rocznie. „Zwa˝ywszy na wy-
zwania techniczne – komentuje Munce
– najdalej za pi´ç lat powrócimy praw-
dopodobnie do rocznego wzrostu o
60%.” Porter zauwa˝a te˝, ˝e „sprawy
komplikujà si´ ze wzgl´du na wysokie
tempo wzrostu. Byç mo˝e spowolnienie
stanie si´ okazjà do oceny ró˝nych kie-
runków rozwoju.”

Interesujàce, ˝e nikt nie jest pewien,

która z alternatywnych technologii
przyniesie sukces. IBM zwi´ksza swo-
je szanse, inwestujàc w ró˝ne rozwià-

zania, a w tym w noÊniki ze strukturà
bitów, tworzywa sztuczne i pami´ci ho-
lograficzne. Mimo to jedno jest pewne.
Gdy pojawia si´ zmora efektu nadpara-
magnetycznego, a bran˝a staje przed
kluczowymi problemami dotyczàcymi
konstrukcji i u˝ywanych materia∏ów,
byç mo˝e powstanà warunki sprzyja-
jàce któremuÊ z nowych rozwiàzaƒ.

Ale nie b´dzie to wcale ∏atwe. „No-

we technologie muszà w krótkim cza-
sie okazaç si´ op∏acalne i konkurencyj-
ne pod wzgl´dem ceny za gigabajt
pojemnoÊci z dyskami magnetycznymi”
– przewiduje Munce. Bardziej prawdo-
podobne wydaje si´ mu, ˝e najpierw
zdob´dà one pozycj´, wype∏niajàc nisze
rynkowe. (Chocia˝by kryszta∏y holo-
graficzne mo˝na wykorzystaç do utrwa-
lenia w postaci cyfrowej zbiorów olbrzy-
mich bibliotek.) „Dominujàcym tren-
dem jest obni˝anie kosztów – twierdzi
Munce – co sprawi, ˝e nowym techno-
logiom trudno b´dzie konkurowaç.”

Wi´kszoÊç obserwatorów uwa˝a, ˝e

mimo niepewnoÊci o przysz∏oÊç tech-
nologii zapisu danych, era informatycz-
na nie skoƒczy si´ wskutek efektu nad-
paramagnetycznego. Je˝eli wprowa-
dzenie na rynek produktów o zwi´k-
szonej pojemnoÊci opóêni si´, to po-
wsta∏a luka zostanie przejÊciowo wy-
pe∏niona przez po∏àczenie wielu na-
p´dów w inteligentnà macierz, która
zarówno przez u˝ytkowników, jak i
system b´dzie widziana jak jeden wir-
tualny dysk. Przyk∏adem sà macierze
RAID (Redundant Arrays of Inexpen-
sive Disks) oraz JBOD (Just a Bunch of
Disks) opracowane w latach osiemdzie-
siàtych i dziewi´çdziesiàtych jako od-
powiedê na potrzeby firm, których nie
spe∏nia∏y dost´pne wówczas pojedyn-
cze dyski.

Inne interesujàce rozwiàzanie to

umieszczanie dysków i macierzy w sie-
ciach zapisu danych (SAN – storage area
network), które wraz z rosnàcym zapo-
trzebowaniem mo˝na dynamicznie po-
wi´kszaç. SAN to przyk∏ad post´pu
„wirtualizacji” przechowywania da-
nych, który doprowadzi w koƒcu do
„us∏ugi przechowywania” automatycz-
nie udost´pnianej u˝ytkownikom apli-
kacji dobierajàcej pojemnoÊç i metod´
zapisu do aktualnych potrzeb.

Takie rozwiàzania zmierzajàce do za-

spokojenia popytu na przechowywanie
danych prowadzà do wi´kszej z∏o˝ono-
Êci i co za tym idzie – wi´kszych kosz-
tów zarzàdzania w porównaniu z poje-
dynczym urzàdzeniem. Ponadto dajà
one sposób na spe∏nienie wymagaƒ firm
i indywidualnych u˝ytkowników ocze-
kujàcych wi´cej przestrzeni dla swoich
danych przed pojawieniem si´ techno-
logii umo˝liwiajàcych osiàganie du˝ych
pojemnoÊci. Co wi´cej, ich rozwojowi
b´dzie sprzyjaç spadek cen dysków, wy-
nikajàcy ze sta∏ego udoskonalania pro-
cesu ich produkcji.

T∏umaczy∏

Rafa∏ Bo˝ek

Przypisy t∏umacza i redakcji:

1

Firma Seagate Technology zademonstrowa∏a

w kwietniu br. dysk wirujàcy z pr´dkoÊcià 15 tys.
obrotów na minut´.

2

Najmniejszy dysk twardy zaprezentowa∏a IBM

w marcu 1999 roku. 20-gramowy Microdrive o wy-
miarach 42.8

´ 36.4 ´ 5.0 mm przechowuje na dys-

ku o Êrednicy pi´cioz∏otowej monety 340 MB da-
nych. Mikrodyski majà byç alternatywà pami´ci
nieulotnych typu flash. Mogà przechowywaç od-
powiednio: 1000 zdj´ç cyfrowych; szeÊç godzin mu-
zyki w formacie MP3 lub 300 obszernych ksià˝ek.
Znalaz∏y ju˝ zastosowania w urzàdzeniach GPS,
przenoÊnych odtwarzaczach audio i miniaturo-
wych komputerach (tzw. wearable computers).

3

In˝ynierowie z Seagate Technology ju˝ uzyskali

powierzchniowà g´stoÊç zapisu 45 Gb/cal

2

(linio-

wà g´stoÊç ponad 640 kb/cal przy g´stoÊci Êcie˝ek
70 tys. na cal) – na pojedynczym talerzu o Êredni-
cy 3.5 cala mo˝na zapisaç 60 Gb danych, na przy-
k∏ad 12 pe∏nometra˝owych filmów z jakoÊcià DVD.

54 Â

WIAT

N

AUKI

Sierpieƒ 2000

Nowe technologie szybko muszà okazaç si´ lepsze pod wzgl´dem
technicznym i ekonomicznym od dysków magnetycznych — ostrzega
Currie Munce z IBM Almaden Research Center.

Informacje o autorze

JON WILLIAM TOIGO jest niezale˝nym konsul-
tantem w dziedzinie technik informacyjnych. Na-
pisa∏ osiem ksià˝ek, w tym The Holy Grail of Data

Storage Management (Prentice-Hall PTR, 2000) oraz
liczne prace i artyku∏y specjalistyczne poÊwi´co-
ne zagadnieniom automatyzacji biznesu i techni-
kom przechowywania danych. Toigo prowadzi
w sieci WWW pod adresem www.stormgt.org
oÊrodek informacyjny zajmujàcy si´ przechowy-
waniem danych i zarzàdzaniem nimi.

Literatura uzupe∏niajàca

MAGNETO-RESISTIVE HEADS: FUNDAMENTALS AND APPLICATIONS.

Electromagnetism Series. John

C. Mallinson, Isaak D. Mayergoyz; Academic Press, 1995.

MAGNETIC DISK DRIVE TECHNOLOGY: HEADS, MEDIA, CHANNEL, INTERFACES, AND INTEGRATION.

Kanu G. Ashar; IEEE Press, 1997.

MAGNETIC INFORMATION STORAGE TECHNOLOGY.

Electromagnetism Series. Shan X. Wang

i A. M. Taratorin; Academic Press, 1999.

M

AGNETIC RECORDING: THE FIRST 100 YEARS.

Red. Eric D. Daniel, C. Denis Mee i Mark H.

Clark; IEEE Press, 1999.

HOLOGRAPHIC DATA STORAGE.

Red. Hans J. Coufal i Demetri Saltis; Springer-Verlag TELOS,

2000.