Przejdź do treści
Wczytuję...

Nośniki holograficzne (HVD) - nadzieja systemów archiwizujących dane

Walka na polu zwiększenia pojemności magazynowej tradycyjnych dysków magnetycznych trwa. O różnych technologiach z tym związanych już pisaliśmy (Mach.2, HAMR, wykorzystanie szkła). Wzrost przestrzeni przeznaczonej do przechowywania danych jest niezwykle istotny w kontekście rozwoju technologii Big Data, systemów baz danych i wciąż rosnących zasobów informacji. Jedna z możliwości uzyskania większych pojemności nośnika wiązana była przez pewien czas z techniką holograficzną. Choć obecnie wydaje się, iż płytom z zapisem holograficznym nie jest dane trafić do szeroko pojętego wykorzystania komercyjnego (przejąć rolę CD/DVD), a szansa, iż są w stanie zastąpić tradycyjne dyski HDD dotyczy jedynie bardzo specjalistycznych zastosowań, warto jednak przyjrzeć się tej technologii bliżej, gdyż prace nad nią nie zostały zarzucone, a możliwość jej wykorzystania podczas budowania np. systemów archiwizacyjnych jest bardzo wysoka.

Technologia

Podstawę tej technologii stanowią dwie wiązki promienia laserowego. Zielone światło lasera (532 nm) stosowane jest do zapisu i odczytu informacji, laser czerwony (650 nm) służy do pozycjonowania głowicy, nie mając przy tym żadnego wpływu na zapis/odczyt informacji. Wiązka sygnałowa (zielona) transportuje dane, wiązka zwana referencyjną (czerwona) odpowiada za miejsce w materiale podłoża, gdzie informacja ma zostać zachowana. Nośnikiem w tym przypadku jest kryształ niobianu litu (domieszkowany żelazem).

Istotnym elementem tej technologii jest brak tzw. ścieżki danych występującej w innych systemach zapisu informacji. W przypadku pamięci holograficznej operacje odbywają się w oparciu o całe strony danych. Taki sposób zapisu/odczytu znacznie przyspiesza dostęp do pamięci.

HVD (Holographic Versatile Disc) - budowa i działanie

Dysk HVD przystosowany do zapisu holograficznego składa się z kilku warstw. Najważniejszą z nich jest warstwa fotopolimeru, na ogół w tej roli występuje wspomniany niobian litu, który ulega zmianom fotorefrakcyjnym. W przypadku fotorefrakcji dane są rejestrowane dzięki rozdzieleniu ładunków elektrycznych w samej strukturze kryształu, co daje możliwość ich neutralizacji, a więc skasowania zapisanej informacji. Powierzchnia fotopolimeru przykryta jest podłożem z poliwęglanu. Pod warstwą fotopolimeru znajduje się przestrzeń dystansowa z dichroiczną warstwę odblaskową. Spodem płyty jest przezroczyste podłoże pokryte odblaskową warstwą aluminium.

Wiązka światła laserowego przechodzi przez półprzepuszczalne lustro dzieląc się na wiązkę sygnałową i referencyjną. Przy metodzie holograficznej przestrzenny ciekłokrystaliczny modulator światła SLM (Spatial Light Modulator) zamienia ciąg danych na dwuwymiarową matrycę punktów (ciemne i jasne). Zarejestrowany przez modulator światła obraz strony danych nakładany jest na wiązkę sygnałową, przy czym ciemny punkt to “1”, a jasny to “0”. W przestrzeni warstwy fotopolimeru wiązki interferują ze sobą, tworząc hologram. Od strony technicznej zapis odbywa się tak samo jak w przypadku dysków CD czy DVD. Różnica wyraża się, jak wspomniano, w jednostkach informacji: nie jest nią pojedynczy bit, ale cała macierz o wymiarach 1024x1024 punkty (rozmiar modulatora SLM). Aby odczytać dane z dysku HVD należ użyć matrycy detektorów odpowiadających wymiarami macierzy (1024x1024). Sprzętowo jest to na ogół światłoczuły element CCD.

Trudności z wdrożeniem technologii

Możliwości technologiczne zakładały produkcję płyt HVD mających pomieścić około 1 TB danych (górna granica przebiegała na poziomie 5 TB). Niestety technologia okazała się zbyt wymagająca (np. przed zapisem nośnik musi być przechowywany w światłoszczelnym opakowaniu, a płyt nie można tłoczyć jak CD, co komplikuje ich powielanie). Choć standard HVD o pojemności 100 GB (tylko do odczytu) został opublikowany w 2007 roku (InPhase Technologies), jednak żaden produkt z dyskami holograficznymi nigdy nie pojawił się na rynku. Bezpośredni powodem były prawdopodobnie wysokie koszty samych dysków i napędów, brak zgodności z obowiązującymi systemami, a także rosnąca rola i znaczenie strumieniowania wideo.

Pavel Kroupka