Многослойные оптические диски: накануне революции
Как работают многослойные флуоресцентные диски
Представьте себе диск размером с обычный CD, при этом имеющий емкость порядка терабайта и обеспечивающий скорость считывания до 1 Гбит/c. Если вам такая мысль кажется утопической, то вы глубоко заблуждаетесь. На недавно прошедшей в Тайбэе выставке были продемонстрированы вполне работоспособные прототипы подобных устройств.
Похоже, что в ближайшее время мы с вами можем стать свидетелями поистине исторического события — смены поколений оптических дисков, которое обещает стать не менее эффектным, чем появление «классического» компакт-диска. Технология многослойной флуоресцентной записи, в частности многослойные флуоресцентные диски (Fluorescent Multilayer Disk, FMD), имеют все шансы в ближайшее время покинуть стены исследовательских лабораторий и устремиться на массовый рынок.
«Буревестником» грядущей революции является небольшая и относительно молодая (начало деятельности датируется 1995 годом) компания Constellation 3D (C3D). Весьма примечательно, что основал ее наш бывший соотечественник Евгений Левич, эмигрировавший из СССР в 1975 году. Основной целью компании является разработка новых технологий хранения данных. Амбиции Constellation 3D вполне обоснованны: она располагает собственными лабораториями, расположенными в России и в Израиле, а также владеет более чем 70 патентами на изобретения в области технологий хранения данных.
Теперь самое время разобраться в сути новой технологии.
Как работают многослойные флуоресцентные диски
Прежде всего в FM-диске в глаза бросается его прозрачность (рис. 1). Если вспомнить «классические» CD-диски, одним из обязательных элементов которого является отражающий слой, то вид нового носителя покажется несколько необычным. Дело в том, что у FM-диска источником полезного сигнала является не отраженный луч, а излучаемый непосредственно информационным слоем свет.
В основе работы флуоресцентных дисков лежит фотохромизм — изменение физических свойств (в частности, появление флуоресцентного свечения) некоторых химических веществ под воздействием лазерного излучения. Подобными свойствами обладают, в частности, вещества из группы фульгидов (рис. 2), которые были открыты и изучены российскими учеными несколько лет назад.
Вещество, из которого состоит рабочий слой FM-дисков, — фотохром, само по себе не обладает флуоресцентными свойствами, но под воздействием лазерного излучения большой мощности происходит химическая реакция, в результате которой отдельные участки информационного слоя (по аналогии с обычным CD позволим себе назвать их питами) приобретают флуоресцентные свойства. Для «выявления» этих участков достаточно возбудить данное вещество посредством лазерного луча меньшей мощности и проанализировать флуоресцентную картину (для этого используется фотоприемник). Свечение участка рабочего слоя свидетельствует о наличии пита (рис. 3). Пока все просто и понятно, но это только вершина айсберга...
Как уже было отмечено, принципиальным отличием новой технологии является использование для считывания информации собственного свечения рабочего слоя, а не отраженного луча. Именно эта особенность позволяет создавать многослойные диски с практически неограниченной емкостью. По утверждению представителей компании C3D, при использовании синего лазера технологически возможно достичь емкости в десяток терабайт (!) на одном 120-миллиметровом диске. Создание же многослойных CD-дисков крайне затруднено вследствие больших потерь сигнала при прохождении через внешний слой диска. Кроме того, сигналы от разных слоев интерферируют между собой за счет постоянной разности фаз, что также ведет к потерям полезного сигнала. Эта проблема не является абсолютно неразрешимой, однако многократное усложнение устройств считывания делает создание многослойных CD нецелесообразным. В случае же применения технологии FMD этой проблемы не существует, поскольку вторичное излучение фотохрома некогерентно и контрастирует с отраженным лазерным лучом. Кроме того, флуоресцентное излучение без особых потерь проходит через слои и может быть легко воспринято фотоприемником. Флуоресцентный диск состоит из нескольких слоев (пластин), каждый из которых имеет питы, заполненные флуоресцентным веществом. При считывании диска лазерный луч фокусируется на определенном слое, возбуждая его флуоресцентные элементы, свечение которых, в свою очередь, воспринимается фотодетектором. Во избежание случайной потери данных используемые для записи и стирания FM-дисков лазеры должны иметь длину волны и мощность, максимально отличающиеся от аналогичных параметров естественных источников света.
Огромным преимуществом новой технологии является возможность параллельного считывания разных слоев. В результате можно добиться увеличения скорости считывания до 1 Гбит/с и при этом уменьшить угловую скорость вращения диска в приводе в десятки и сотни раз по сравнению с DVD.
Что касается однократно записываемых FM-дисков, то в настоящий момент существует два способа их создания, уже реализованных в действующих прототипах (рис. 4). Первый предполагает применение в дисках материала, изначально обладающего флуоресцентными свойствами. В процессе записи участки, соответствующие логическому нулю, подвергаются термическому воздействию и теряют свои флуоресцентные свойства (термический способ от противного). Второй способ — химический. В этом случае питы приобретают флуоресцентные свойства под воздействием лазерного излучения. При этом мощность записывающего лазера должна быть значительно больше мощности считывающего.
Информация о технологии создания перезаписываемых FMD-дисков пока крайне скудна. Известно только, что для этого планируется применять химический способ записи информации.
 |
|
Перспективы технологии FMD
Подведем промежуточные итоги. Технология многослойной флуоресцентной записи позволяет значительно увеличить плотность записи оптических носителей информации и существенно повысить скорость ее считывания. Использование дисков с форм-фактором, аналогичным CD, позволяет использовать (разумеется, с определенными изменениями) конструкцию механической части приводов. Это дает возможность с минимальными затратами перепрофилировать имеющуюся производственную инфраструктуру под выпуск приводов FMD (рис. 5 и 6).
Помимо создания недорогих накопителей сверхбольшой емкости одним из перспективных направлений развития FM-дисков может стать их миниатюризация. На уже упоминавшейся в начале статьи выставке в Тайбэе корпорация TDK помимо двух FMD-дисков стандартных форм-факторов (120 и 80 мм) продемонстрировала диск диаметром 60 мм, который вполне можно использовать в цифровых фотокамерах, портативных аудиоплейерах, ладошечных компьютерах и тому подобных устройствах в качестве гораздо более емкой и миниатюрной альтернативы 80-миллиметровому CD.
Конечно же, существуют и факторы, которые могут сыграть отрицательную роль в распространении технологии FMD. Подобно любой технической новинке FMD-технологии предстоит пережить период выявления и лечения «детских болезней». Весьма важный и необходимый шаг — своевременное принятие единого стандарта на диски и приводы FMD. Если создателям FMD удастся избежать повторения той неразберихи, которая возникла с унификацией DVD, исход борьбы за передел рынка оптических устройств хранения данных скорее всего будет предрешен уже на самой ранней стадии. Естественно, существует определенная угроза со стороны участников DVD-альянса, еще не успевших снять все сливки со своего детища: едва оформившуюся в действующих прототипах технологию могут перекупить, и в лучшем случае ее внедрение может затянуться, а в худшем — вообще не состояться. Крупнейшие производители программного обеспечения, звуковых и видеопрограмм наверняка будут бороться за внедрение в стандарт FMD-дисков механизма эффективной защиты от несанкционированного копирования.
На прилагаемом к журналу CD-ROM вы найдете видеоролик, рассказывающий о технологии FMD.
КомпьютерПресс 10'2001
