Az új adattárolási technikák

Az előadások a következő témára: "Az új adattárolási technikák"— Előadás másolata:

1 Az új adattárolási technikák
1. Millipede 2. Bluray 3. Holografikus adattárolás 4. MODS

2 MILLIPEDE Millipede jelentése (százlábú) alapötletét a lyukkártya működése adta. A lyukkártya feltalálója Herman Hollerith. Az amerikai népszámlálási hivatal statisztikusa (1879), lyukkártyás tabulátort készített amely a lyukasztással leírt adatokat összesítette. ( )

3 Minden adathoz egy lyukat, így minden polgárhoz egy lyukkombinációt rendelt, ezeket az 1 dolláros méretű, összesen 204 lehetséges helyen lyukasztható kártyán rögzítette. Minden lyuk önálló jelentéssel bírt, például a Par feliratú hely a családi állapotot rögzítette. Hasonlóan rögzíteték az állampolgár egészségéről, írástudásáról, képzettségéről megszerzett adatokat. A kártya

4 Millipede is olyan mint egy lyukkártya csak a nanométeres tartományban.
Az új nanotechnológiát felhasználva az IBM tudósai megmutatták, hogy hogyan lehet 20 trillió bit információt elhelyezni négyzet inch- enként (2,54 cm*2,54 cm). Ez 20 szor nagyobb adatsűrűséget jelent a mágneses adattárolás lehetőségeihez képest.  Ez a nagyszerű adatsűrűség lehetővé teszi, hogy 25 millió nyomtatott könyvlap elhelyezését egy postai bélyeg nagyságú területen. A kutatás fedőneve "Millipede" azaz "százlábú".  A technológia egy nagyon hegyes nano méretű csúcson alapszik, amely lyukakat éget egy vékony műanyag hártyába. A keletkezett mélyedés mintegy 10 nm.  A kiolvasáshoz jelenleg egy 1000 csúcsból álló rácsot használnak. (Már fejlesztik a 4000 csúcsból álló letapogató rendszert, amely 7 mm2 területen fog elhelyezkedni). 

5 A lefelé mutató tűk 2 mikrométer hosszúak
A lefelé mutató tűk 2 mikrométer hosszúak. (A jelenlegi letapogató eszköz 3 mm*3 mm és 1024 tűt tartalmaz.) Letapogatás felső kép. Kifinomult technológia biztosítja, hogy a tűk jól csillapodjanak - ne jöjjenek rezgésbe. Az idő multiplexelt elektronika hasonlóan működik a DRAM áramkörökhöz. Ez a megoldás lehetővé teszi a tűk egyenkénti címzését. Íráskor mintegy 400 fokra hevítik a tűt, amely meglágyítja a vékony műanyagréteget és benyomódást hoz létre (Egy bit tárolása) (alsó ábra). Amikor a tű belepottyan a mélyedésbe, akkor lehűl, és mérhető ellenállás változást okoz. Ez a jelenség használható az adat visszaolvasásához. Az adathordozó átírható, hiszen ha a régi mélyedés körül szorosan egymás mellé benyomódás sorozatot hozunk létre, akkor a kráterszegélyek átfedik egymást és így feltöltik a régi mélyedést. Az eszköz várható energia felhasználása 100 mW körül alakul.

6 A két dimenziós tömb szilícium tartó lapon helyezkedik el, amely 0,5 mikrométer vastag és 70 mikrométer hosszú.

7 A nanotechnika precíz alkalmazása a huzalozás, a fejek, és egyetlen tű.

8 Shuji Nakamura professzor a kék lézer feltalálója
Bluray Nakamura az újfajta fényforrások kifejlesztéséért kapta meg a méltó elismerést. Neki köszönhető például a zöld és a fehér LED-ek, illetve a kék lézer. A kék lézeren végzett munkássága a legújabb generációs optikai meghajtó (BluRay) gyártását tette lehetővé, a LED-dekkel kapcsolatos magas hatékonyságú világító rendszerek elkészítését eredményezte. Shuji Nakamura professzor a kék lézer feltalálója

9 A kék lézer használatával az adattárolás és adatátvitel szintén jelentősen fejlődött, a CD vagy DVD kapacitásához mérve ötször több adatot tárolhatunk egy lemezen.

10 A Philips egy olyan új számítógépes optikai meghajtót mutatott be, amely a CD-k mellett képes DVD-k írására a hagyományos, valamint az új kéklézeres Bluray formátumban is. A képen egy 25 és egy 50 GB-os diszk látható. Ez a kapacitásnövekedés annak köszönhető, hogy a kék lézer jobban fókuszálható, ezért kisebb lyukak kellenek. Emiatt nagyobb az adatsűrűség.

11 Holografikus adattárolás
2001-ben elkészült egy hordozható holografikus memóriaberendezés (Anscombe, 2001).Az adathordozó egy, a rendszerből kivehető és visszatehető bankkártya méretű műanyag kártyába épített "optikai chip" 1 cm2-es felülete. A tárolóréteg pedig 1-2 µm vastagságú azobenzén poliészter. Mivel az anyagban a beíró nyalábok hatására helyi anizotrópia jön létre, az adattárolásra polarizációs holográfiát használunk. A tárolóanyagra érkező tárgy és referencianyaláboknak ellentétes cirkuláris polarizációjuk van, az eredő, síkban változó irányú lineáris térerősség hatására alakul ki a lokális anizotrópia. Ezen mint rácson diffraktálódik kiolvasáskor a cirkuláris referencianyaláb akár közel 100 %-os hatásfokkal. Ez az anizotrópia egyetlen cirkulárisan polarizált nyalábbal "törölhető" is, azaz a síkbeli rendezettség megszüntethető. Nagy adatsűrűséget úgy lehet elérni, hogy az adatmátrix Fourier- hologramját rögzítjük. A megvalósított rendszerben 532 nm-es frekvenciakétszerezett Nd:YAG lézert, egytengelyű referencia- és tárgynyalábokat, a Fourier-térben 0,69 numerikus apertúrájú objektívet és olcsó csavart nematikus térbeli fénymodulátort használunk a beírásra, és a transzmissziós hologram reflektált rekonstruált képét olvassuk ki CCD- detektorral.

12 A polarizációs rögzítés elvét mutatja.

13 Kiolvasáskor rövid ideig kis teljesítményű referencianyalábbal világítjuk meg a hologramot. Újraíráshoz az előzőleg beírt hologramot nagy teljesítményű referencianyalábbal törölni kell. Így egy újraírható optikai tárolót készíthetünk. Az általunk demonstrált 2,77 bit/µm2 adatsűrűség a vékony anyagban, multiplexelés nélkül elérhető eddigi legnagyobb adatsűrűség. A párhuzamos elrendezésű tárgy- és referencianyaláb lehetőséget biztosít a beíró hullámhossztól eltérő hullámhosszú referencianyalábbal való kiolvasásra is. Ennek előnye, hogy a tárolóanyag érzékenységi tartományán kívül eső (például piros) hullámhosszt választva a beírt információ törlése nélkül lehet kiolvasni, és a csak olvasó berendezés lényegesen egyszerűbb és olcsóbb az író/olvasónál. A hullámhosszváltáshoz a kiolvasó Fourier-objektívet megfelelően korrigálni kell.

14 Az író/olvasó egység vázlatos felépítése.

15 Holografikus adattárolásról (lásd előbb) korábban szó esett de az ilyen lemezek nem felelnek meg a konvencionális optikai lemezek céljára, mert az olvasófejet vezérlő szervoinformáció nélkül úgy tűnik kereskedelmileg nem hasznosíthatóak. Ezzel szemben az Optware a kollineáris hologramokat egy a megszokott optikai lemezek felépítését követő, visszaverő réteggel rendelkező (szervóinformációval elátott), azaz előre formázott holografikus lemezt tervezett. Az Optware egy a hologramokat rögzítő és fényvisszaverő rétegek közötti un. „dikroikus” tükörréteg alkalmazásával oldotta meg ezt a problémát. Ez a dikroikus tükörréteg megakadályozza a címgödröcskék okozta fényszóródást (diffrakciót), ideális kollineáris holografikus rögzítést téve lehetővé.

16 Az Optware holografikus rögzítési technológiája az adatokat a lézerfény interferencia-csíkjainak formájában rögzíti a lemezen. Ezen a módon a jelenlegi DVD- vel azonos méretű lemezen egy terabájt adatmennyiség (az egyrétegű DVD kapacitásának 200-szorosa) tárolható, egy gigabájt per másodperc (a DVD sebességének 40-szerese) adatátvitelei sebességgel kezelhető. A Holographic Versatile Disc (HVD) amire a digitális mozit rögzítették (balra). A lemez átmérője 12 cm, megegyezik a CD és DVD-vel. Holographic Versatile Disc (HVD),

17 Az Optware alapítója és élenjáró kutatója Hideyoshi Horimai által kidolgozott, szabadalmaztatott technológia a kollineáris holográfia egy fénysugárba kombinálja a referencia lézert és a jel lézert, mely az adatsávok alkotta háromdimenziós hologramot hoz létre. Ez a kép egy objektív felhasználásával világítható a hordozóra. Ennek az úttörő mechanizmusnak a használatával az Optware drámaian egyszerűsítette és csökkentette a méretét a korábbi hologramok előállításához szükséges bumfordi és bonyolult rendszereknek. További előrelépést értek el az Optware saját szervorendszerével. Ennek a szerkezetnek a bevezetése lehetővé tette az olvasó méretének csökkentését, a rezgésszigetelők elhagyását, a DVD és CD lemezekkel való kompatibilitást és az olcsó működést, hatásosan küzdve le a teljes kereskedelmi hasznosítás fennmaradó akadályait. (HVD) felszíne. A sávok mentén látható a multiplexelt holografikus adatok mintázata

18 Holografikus tároló prototipusa
A holografikus adattárolás szinte korlátlan lehetőséget nyújt mind a kapacitás, mind az adatátviteli sebesség terén. Az InPhase első működő, prototípus meghajtója a 130 mm átmérőjű, tehát a CD/DVD-nél valamivel nagyobb lemez segítségével 200 gigabájtnyi adatot képes eltárolni 20 megabájt/s- os adatátviteli sebesség mellett. Az adatok tárolása pedig kifejezetten olcsó, a lemez ára hozzávetőlegesen 10 ezer forint körül mozog. Holografikus tároló prototipusa

19 A holografikus adattároló eszközökben az adatok írása és olvasása az eddig alkalmazott optikai meghajtókkal ellentétben nem sorban, bitről-bitre, egymás után történik, hanem párhuzamosan, melyet úgy tudunk legkönnyebben elképzelni, mint egy kockás füzet vagy könyv egy-egy oldala. A különleges technológia segítségével egyetlen fényvillanás alatt bitek milliói vándorolhatnak a lemezre, illetve olvasás esetén a meghajtó átmeneti memóriájába. Az új optikai tárolási metódussal kis helyen is hatalmas adatmennyiség tárolható el. Postai bélyeg méretű helyen 2-10 gigabájtnyi adatot lehet rögzíteni. InPhase tervei szerint 2010-re a vállalat által fejlesztett 130 mm-es lemez elképzelhetetlenül sok adatot tárolhat majd, hozzávetőlegesen 1,6 terabájtnyi, azaz 1600 gigabájtnyi kapacitással rendelkezhet.

20 MODS A kutatók által kifejlesztett Multiplexed Optical Data Storage (MODS) technológia úgy növeli az adatsűrűséget, hogy egy pit, tehát egyetlen bemélyedés kivételesen nem egyetlen bitet írna le, hanem akár többet is. A jelenlegi becslések szerint akár 10 bitnyi információ is eltárolható egyetlen pit segítségével, akár 1000 gigabyte-os, 1 terabyte-os optikai tárolást megvalósítva. 1 terabyte-nyi területen több mint 472 órányi filmet tárolhatnánk el. A Multiplexed Optical Data Storage rendszer kifejlesztésében magyar kutató is részt vesz, Török Péter, a londoni Imperial College kutatója. Török Péter

21 A MODS-ot kifejlesztő kutatók a pitről polarizáltan visszaverődő fényt hívták segítségül a feladat megoldásához. A fény ugyanis nem egyetlen szögben verődik vissza a lemezen található mélyedésről, hanem viszonylag nagy területen szóródik szét. A mai optikai fejek már képesek ezt a viszonylag nagy területre szétszóródott fényt felfogni, és értékelhető adatokat szolgáltatni belőlük. A lemez felületére fókuszált és a pitről visszaverődő fény pontos útját kiszámítani közel lehetetlen feladat, ehhez egyszerűen túl sok a változó az egyenletben, a kutatóknak azonban mégis sikerült bonyolult számításokkal létrehozni egy olyan modellt, mely eddig sosem látott módon közelíti meg a valószínű végeredményt. Az új technológiával akár 250 Gbyte-ot is el lehet tárolni majd egyetlen rétegen, így egy kétoldalas, oldalanként kétrétegű lemez használatával létrejöhet az 1 terabyte-os optikai tárolólemez.

22 A MODS visszafelé kompatibilis, azaz, akár egy CD- vagy egy DVD-lemez is olvasható lehet egy MODS-lejátszóban. Optimista becslések szerint kellő anyagi források megléte esetén az első prototípust 2008 körül mutathatják be. A konkrét megoldást egy brit, három svájci és egy görög kutatóval együtt, összesen hatan szabadalmaztatták.