Op naar de petabyte

820a
De behoefte aan data-opslag bij consumenten en professionals groeit exponentieel. Zij hebben een groeiend aantal nieuwe opslagmethoden tot hun beschikking: optisch, holografisch en flash. Maar vlak de oude vertrouwde harde schijf nog niet uit.

blu-ray recorder van Philips

In januari 2008 besloot Toshiba zijn hd-dvd-spelers drastisch in prijs te verlagen. Dat was een week nadat Warner Brothers, een van de grote Hollywoodstudio’s, aangekondigd had in mei te zullen stoppen met het uitbrengen van haar films op hd-dvd. Warner kiest voortaan exclusief voor concurrent Blu-Ray van het consortium onder aanvoering van Sony en Philips, dat hiervoor volgens de geruchten een finke zak duiten neertelde.

Zo lijkt het eindspel begonnen in de strijd tussen de twee strijdende formats voor de opvolging van de dvd. Iedereen wist dat uiteindelijk slechts één partij aan het langste eind kon trekken, maar lange tijd hielden beide elkaar in evenwicht, waarbij vooral de steun van de studio’s van belang was. Sony, zelf eigenaar van een grote studio, bouwde bovendien blu-ray al in in zijn Playstation 3 spelcomputer.

Hoewel de verkoop pas drie jaar geleden op gang is gekomen, werd blu-ray al meer dan tien jaar geleden ontwikkeld. Dat werd mogelijk door de uitvinding van een laser met blauw licht. De langere golflengte van de rode laser was een belemmering geworden bij het smaller maken van de datasporen op de schijf, nodig om er meer informatie op te kunnen persen. Een Blu-ray schijf ter grootte van de vertrouwde cd kan twee keer 25 gigabyte aan informatie bevatten. Sony’s XDcam, een beschrijfbare schijf voor thuisgebruik in videocamera’s kan 23 GB opslaan.

Naast blu-ray en XDcam produceert Sony nog een andere optische schijf op basis van blauwe-lasertechnologie, de UDO (Ultra Density Optical), die 60 GB bevatten kan. De technologie is grotendeels dezelfde als blu-ray, met een belangrijk verschil in het materiaal van de data-opslaglaag. Eenmaal beschreven blijft de UDO zeker vijftig jaar in tact. Sony mikt hiermee op de zakelijke markt, waar gegevens soms voor langere tijd veilig bewaard moeten blijven.

Holografie

Terwijl de optische schijven voortborduren op hetzelfde thema, studeren met name universitaire onderzoekers op een nieuw type. Blu-ray mag dan al twee lagen op elkaar stapelen om de capaciteit van blu-ray te verdubbelen, echt winst ontstaat natuurlijk pas als de data-opslag werkelijk in drie dimensies plaatsvindt. Het zal nog wel enkele jaren duren voor een werkelijk marktrijp systeem ontstaat, maar dat zal dan wel opslagcapaciteit hebben in de orde van terabytes (duizenden gigabytes).

Er zijn twee concurrerende benaderingen. De simpelste bouwt direct voort op bestaande meerlaagse schijven. Die werken doordat de laser focust op een bepaalde diepte, zodat die laag wordt uitgelezen. Het licht moet daarbij echter wel door andere datalagen heen, met ruis als gevolg. Dit legt een serieuze beperking op aan het aantal stapelbare lagen.

Er zijn verschillende manieren om dit probleem te omzeilen. Een daarvan is iedere datalaag voorzien van een materiaallaagje waarmee die eerste laag aan en uit valt te zetten. Alleen de geselecteerde datalaag reflecteert dan het laserlicht. Hitachi heeft op deze manier een schijf gemaakt met een capaciteit van ongeveer een terabyte. De schakellaag was gemaakt van elektrochroom materiaal, dat van kleur verandert als er een spanning op gezet wordt. Zo valt de reflectie van de datalaag aan te passen.

Naast verschillende manieren om data uit te lezen, zijn er ook allerlei mogelijkheden om haar op te slaan. De traditionele manier (naast het persen met een masker bij massaproductie van cd’s en dvd’s) is een laser die door verhitting de kristalstructuur van een materiaallaag in de schijf verandert, zodat een andere reflectiepatroon ontstaat. Er zijn echter ook systemen die materiaal verdampen, waardoor kleine belletjes in de schijf ontstaan. Veel onderzoek zit tegenwoordig in fotochrome materialen. Dit zijn organische moleculen die ‘omklappen’ onder invloed van sterk laserlicht, waardoor hun reflectiepatroon bij beschijning met zwak laserlicht verandert.

De tweede benadering van driedimensionale data-opslag is het gebruik van holografie. Cruciaal hierbij is het gebruik van twee laserbundels in plaats van één. Bij het schrijven geleidt de ene bundel de andere naar een plek op de juiste diepte in de schijf. Daardoor ontstaat ter plekke een hologram, dat in een zeer specifieke richting licht uitzendt als het bij uitlezen door slechts één bundel beschenen wordt. Omdat bekend is welke laag in welke richting licht uitzendt, valt de juiste reflectie te selecteren.

Flash

Naast optische schijven is solid state geheugen bezig aan een enorme opmars. Dit is een verzamelnaam voor geheugens zonder bewegende delen, ofwel chips. Het bekendst is flash-geheugen, alomtegenwoordig in talloze formats voor computers, fotocamera’s, mp3-spelers en wat dies meer zij. De grootste capaciteit van een flash-chip bedraagt op dit moment 128 GB.

Een stuk of vijf technologieën staan klaar om het van flash over te nemen. De meeste hiervan gebruiken bekende chiptechnologieën, maar bouwen de geheugenelementjes verschillende op, bijvoorbeeld met het doel minder energie te verbruiken of de uitleessnelheid te verhogen. Een vreemde eend in de bijt is NanoRam van het bedrijfje Nantero, dat data opslaat in nanobuisjes.

Bij alle rumoer over nieuwe formats zou een mens haast het bestaan vergeten van een oudgediende wiens rol bij lange na nog niet uitgespeeld is: de harde schijf. Blu-ray mag zich dan later voorstaan op maar lieft 50 GB data-opslag, voor harde schijven is dat inmiddels een lachwekkend lage capaciteit. De 128 GB van flashgeheugen is beter, maar het magnetische geheugen van de harde schijf zit al op 1 terabyte (maar dat is wel een omvangrijker apparaat dan een geheugenstick).

De rotatiesnelheid en datadichtheid van de harde schijf gaat omhoog, maar niet zo snel als bij flash. De eerste computers met flash in plaats van harde schijf zijn gesignaleerd. Toch is de harde schijf op vele punten nog superieur. Dat geldt met name voor betrouwbaarheid. Harde schijven maken minder fouten tijdens data-opslag en zijn veel vaker overschrijfbaar dan flash. Waar uitlezen van flash sneller gaat, is schrijven in veel gevallen juist sneller met een harde schijf, die bovendien nogal tijd veel goedkoper is. De eerste mobieltjes met een harddisk zijn ook alweer gesignaleerd.

De strijd tussen solid state en magnetisch geheugen is dus nog verre van gestreden. Tussen hen zal het gaan voor data die snel beschikbaar moet zijn. Optische schijven komen op het tweede plan, maar zijn wel vele malen goedkoper. Het drietal kan op jacht naar een petabyte (duizend terabyte) per apparaat. Daarbij krijgen ze ook nog concurrentie van een vrijwel vergeten format: de magnetische tape. Lekker goedkoop en inmiddels met capaciteiten van 800 GB per cassette. Dé oplossing als je echt heel erg veel data voor langere tijd moet bewaren.


Papier en plakband

Vermoedelijk de meest exotische manier om data op te slaan is een rolletje plakband. Twee Duitse onderzoekers kregen het in 1998 gedaan. Een rolletje zou ongeveer 3,5 GB kunnen opslaan, vermoedden zij. Hilariteit alom, maar in 2004 kwam Tesa Holospot wel degelijk op de markt, zij het niet voor massa-opslag, maar als manier om veel informatie te persen op echtheidslabels.

Wel voor de ICT-markt is een schijf van papier. Sony meldde het bestaan ervan in 2004. In feite is dit een dvd of blu-ray met karton als substraat in plaats van polycarbonaat. De bedoelde voordelen: goedkoper en vriendelijker voor het milieu. Het zou de toekomst kunnen zijn van weggeefschijven bij tijdschriften.

Eerder verschenen in Technisch Weekblad nr 7, 2008. Illustratie: Philips.