Holographic Versatile Disc

Другой вариант развития идеи оптических носителей – голографические диски HVD (Holographic Versatile Disc). Основы технологии были заложены в 1963 году, но существенных успехов удалось добиться лишь в конце 2000 года. Голографические диски на порядок вместительнее классических CD/HD DVD, при использовании голубого лазера плотность записи может достигать 250 Гб на квадратный дюйм, это даже при нынешнем уровне развития технологии. Естественно, принцип функционирования голографических систем на порядок сложнее CD. Для записи данных используется два лазерных луча – сигнальный и опорный (точнее, один луч, разделенный на два потока), изменяя угол и длину волны опорного луча, а также положение носителя, в одной и той же области удается записать сразу несколько различных голограмм (матриц светлых и темных пикселей, кодирующих информацию). Считывание данных происходит проще, опорный луч, отражаясь от диска, проецирует на систему датчиков сразу несколько записанных в данной области голограмм, причем все они считываются одновременно. Таким образом достигается и высокая скорость чтения. Голографические диски требуют к себе более бережного отношения, поэтому они запечатаны в защитные картриджи и никогда из них не извлекаются. В отличие от предыдущих двух технологий голографические диски уже семимильными шагами движутся к серийному производству, технология отточена до мелочей и заинтересованные компании не видят никаких препятствия для ее дальнейшего совершенствования. К сожалению, голографические носители в первую очередь позиционируются для корпоративного сектора – для домашних пользователей оборудование пока заоблачно дорого: болванки от $120 до $200, а привод и вовсе $15’000. Впрочем, когда технология обретет более-менее массовый характер, прогнозируется заметное снижение цен.

Жесткие диски

Жесткие диски пока остаются основным хранилищем информации для персональных компьютеров и в ближайшие годы вряд ли сдадут свои позиции. Тем более с появлением вместительных сверхкомпактных накопителей (форм-фактора 1” и 0.8”) магнитный способ хранения информации вновь подхватила волна интереса общественности, и в скором времени явно стоит ожидать массу электронных новинок на основе жестких дисков: видеокамеры, сотовые телефоны, карманные компьютеры, плееры и прочую, и прочую высокотехнологичную технику. Правда, на пятки жестким стал постепенно наступать флэш, однако жесткие диски отвечают ему взаимностью, отнимая долю рынка среди сотовых и карманных компьютеров.

Недавно в технологии жестких дисков произошли серьезные нововведения – появились серийные образцы накопителей с перпендикулярной записью, которая предполагает не горизонтальное, а вертикальное расположение магнитных доменов. Такой трюк позволил снова заняться повышением плотности записи, что оказалось невозможно в рамках предыдущей технологии из-за нестабильности магнитных областей, которые при предельно плотном расположении начинали самопроизвольно изменять направление вектора намагниченности, увлекая за собой соседние домены и, после такой лавинообразной революции, превращая информацию на жестком диске в хаотический набор битов. Правда, перпендикулярная запись – тоже не универсальный рецепт, и по мере постепенного увеличения плотности записи и в данном случае на пути дальнейшего роста плотности встанет аналогичная проблема (так называемый супермагнитный предел), однако это произойдет не так уж и скоро. В частности, компания Seagate обещает выпустить жесткий диск с перпендикулярной записью емкостью 2.5 Тб (в форм-факторе 3.5”). Однако достижение предела вместимости все равно намечается, так что многие компании давно занимаются разработкой альтернативных методик. Наиболее вероятным следующим шагом будет внедрение технологии HAMR (Heat Assisted Magnetic Record – магнитная запись с нагревом), которая продвигается компанией Seagate. Нововведением HAMR будет добавление к считывающей головке лазера, который будет разогревать поверхность блина в месте записи, а также использование новых материалов для пластин, отличающихся тем свойством, что при стандартной температуре они крайне неохотно меняют направление намагниченности, но при сильном нагреве сопротивляются на порядок слабее. Переход на HAMR, позволит снова в течение нескольких лет наращивать плотность записи простым масштабированием. Дальнейшие улучшения жестких дисков, скорее всего, будут связаны с использованием принципиально новых магнитных материалов, например, с самоорганизующейся структурой, а позднее и полноценным переходом на нанотехнологии.

Наследники перфокарт

Впрочем, даже самые передовые технологии оптических и жестких дисков смотрятся достаточно привычно. К счастью, ученые пока не исчерпали запас идей и регулярно представляют совершенно неожиданные разработки. Например, есть несколько оригинальных способов хранить информацию с использованием механических систем MEMS (Micro-Electro Mechanical System), в которых каждый бит данных можно фактически потрогать. В частности, авторство одной из таких технологий принадлежит компании IBM: их устройство под названием Millipede, можно сказать, возводит идеи перфокарты до совершенства. В качестве непосредственного носителя информации используется кремниевая положка с полимерной пленкой, а в качестве считывающей головки – матрица микроскопических «игл». Всего в массив включено 1024 иглы (32x32), толщина каждой из которых 0.5 мкм, а длина 70 мкм. Для записи информации одна из игл разогревается до температуры порядка 400 градусов и на долю секунды опускается в полимер, оставляя в нем углубление диаметром порядка 10 нм. Чтение происходит аналогичным образом, только нагрев производится до меньших температур, и если иголка попадает не в углубление, а утыкается в ровную поверхность (углубление не возникает из-за пониженной температуры), то острие сразу охлаждается, а это моментально фиксируется электроникой. Таким образом, ямками на полимере можно записывать стандартную битовую информацию, а также с легкостью ее считывать. Для стирания и дальнейшей перезаписи бита вплотную с углублением делается несколько дополнительных ямок, которые выравнивают поверхностью полимера. Интересно, что движущейся частью является не считывающая головка, а подложка с полимером. Первый прототип Millipede мог похвастаться достойной плотностью записи – 25 Гб на квадратный дюйм, а с развитием технологии эту величину планировалось поднять до сотен гигабайт, при этом скорость чтения/записи может достигать 1-2 Мбит/с. Увы, технология была анонсирована летом 2002 года, и пока до серийного производства так и не добралась. Кстати, разработка IBM – далеко не единственная в природе MEMS-система. Например, компания Cavendish Kinetics разработала систему Nanomech, в которой под массивом электродов находится гибкая металлическая пластина, изгибающаяся при появлении высокой разницы потенциалов. При этом пластина, выгнувшись, касается электрода, обнуляет электрическое сопротивление и застревает в подобном положении, фиксируя один бит информации.

Вывод

Простор для разработки новых технологий хранения информации практически неисчерпаем. Тем более проблема хранения колоссальных объемов сейчас стоит весьма остро, поэтому ученые с интересом занимаются поиском новых решений. В будущем планируется задействовать нанотехнологии и для усовершенствования флэш-памяти (для доработки плавающего затвора). В будущем в качестве носителя информация, возможно, будет использоваться даже ДНК бактерий с искусственно синтезированными участками. На смену красным, голубым и ультрафиолетовым лазерам, вероятно, придут нанолазеры, позволяющие повысить плотность записи в тысячи раз.