Оптические накопители: взгляд в будущее

Сергей Асмаков

«Красные» не сдаются

Голографию — в жизнь

 

Принцип работы голографических накопителей

 

В данной публикации рассматриваются два перспективных направления развития оптических носителей — вначале мы расскажем о многослойных оптических дисках, созданных для систем на базе красного лазера, а затем поговорим о новейших достижениях в области голографических накопителей.

«Красные» не сдаются

В преддверии рыночной войны двух новых форматов оптических дисков — Blu-ray Disc и HD-DVD — информация о других разработках, в той ли иной степени претендующих на роль преемников DVD, как-то отошла на второй план. Тем не менее далеко не все специалисты считают переход к использованию устройств на базе сине-фиолетового лазера оптимальным вариантом увеличения емкости оптических носителей. Поэтому первую часть этой статьи мы посвятим новым разработкам в области создания DVD-подобных носителей высокой емкости, для считывания которых применяются оптические приводы, оснащенные красным лазером.

Начнем с небольшого исторического экскурса. В середине 2002 года при поддержке правительственных структур на Тайване была создана организация Advanced Optical Storage Research Consortium, объединившая представителей 19 крупных производителей этого региона. Главной целью данного консорциума стала разработка собственного стандарта оптических носителей (во многом схожего с DVD) — Enhanced Versatile Disc (EVD). Согласно официальной версии, основной причиной, побудившей тайваньских производителей взяться за эту разработку, стало их недовольство высокими ставками лицензионных отчислений. Дело в том, что производители DVD-приводов должны перечислять лицензионные выплаты разработчикам стандарта DVD, а если речь идет о DVD-плеерах — то еще и компаниям MPEG LA и Dolby Laboratories. Общий размер отчислений, составляющих от 15 до 20 долл. за каждое DVD-устройство, с точки зрения тайваньских производителей, неоправданно завышен.

После проведения работ по подготовке базового стандарта EVD было принято решение о том, что в приводах будет использоваться лазер красного диапазона (как и в DVD). Емкость однослойных EVD составляет 6 Гбайт, двухслойных — 11 Гбайт. Для записи видео планируется применять кодеки VP5 и VP6, разработанные американской компанией On2 Technologies.

 

Схема оптической системы считывающего привода VMD

Схема оптической системы считывающего привода VMD

Стоит отметить, что подобная ситуация с «клонированием» форматов возникает уже не в первый раз. Несколько лет тому назад азиатские производители разработали собственный стандарт Super Video CD (SVCD) исключительно для того, чтобы не платить лицензионные отчисления группе создателей формата Video CD — Philips, JVC, Sony и Matsushita.

Хотя поначалу мало кто верил в реальность появления азиатского клона DVD, члены Advanced Optical Storage Research Consortium были полны решимости довести начатое дело до конца. В ноябре 2003 года состоялась официальная презентация стандарта EVD, а в феврале 2005-го ITRI (Industrial Technology Research Institute — Тайваньский технологический исследовательский институт) объявил EVD национальным китайским стандартом оптических накопителей высокой плотности.

Теперь мы на некоторое время отвлечемся от EVD, чтобы уделить внимание тем шагам, которые примерно в это же время предприняла компания New Medium Enterprises (NME). В январе 2004 года NME приобрела у двух компаний — британской MultiDisc и бельгийской TriGm — все активы и права интеллектуальной собственности на разработки, созданные в рамках проекта VMD (Versatile Multilayer Disc — универсальный многослойный диск). Если абстрагироваться от деталей, то технологию VMD можно назвать дальнейшим развитием формата DVD9. Основная идея заключается в наращивании емкости оптического носителя за счет увеличения количества информационных слоев при сохранении основных физических параметров базового стандарта (в частности, ширины дорожки и размера питов, а также длины волны используемого в считывающем приводе источника света). Пределом возможностей разработчиков компаний DVD-альянса стало создание носителей, имеющих по два информационных слоя на каждую из сторон. Основной же помехой на пути создания многослойных DVD были значительные искажения считываемого сигнала, возникающие вследствие интерференции проецируемого луча и его отражений от поверхностей нескольких слоев. Однако данная проблема не является неразрешимой, что и доказали создатели VMD.

Для формирования информационных слоев носителей VMD используется специальный отражающий материал, свойства которого позволяют минимизировать интерференцию лазерного луча и его отражений. Химический состав и технология изготовления этого материала является ноу-хау компании NME. Носители VMD имеют такие же физические размеры (диаметр и толщину), как и DVD. Толщина каждого слоя, формируемого на пластиковой субподложке, составляет всего 20-30 мкм. Стоит отметить, что для изготовления слоев ROM-носителей подходит технология инжекционного литья, широко применяемая при промышленном тиражировании носителей CD-ROM и DVD-ROM. Это позволяет использовать для производства дисков VMD-ROM существующие линии по изготовлению DVD-ROM. Что касается себестоимости носителей VMD-ROM, то, по оценкам специалистов NME, она будет сопоставима с затратами на изготовление двухслойных DVD.

Как утверждают создатели VMD, разработанная ими технология позволяет увеличить количество информационных слоев, упакованных в одном диске, до двадцати. Каждый слой VMD-диска вмещает порядка 5 Гбайт данных; таким образом, максимальная емкость этих носителей (при использовании систем на базе красного лазера) достигает 100 Гбайт. В настоящее время уже созданы прототипы VMD-носителей емкостью 20, 40 и 50 Гбайт.

     

Принцип работы голографических накопителей

В процессе записи свет, излучаемый когерентным источником (лазером), разделяется на два луча: сигнальный (то есть несущий информацию) и опорный.

 

Запись данных на голографический носитель

Сигнальный луч пропускается через модулятор, формирующий отдельные кадры (страницы) записи. Каждый из пикселов модулятора соответствует одному биту текущей страницы и может принимать два устойчивых состояния — пропускать свет или не пропускать. Таким образом, в каждый момент времени информационный луч, прошедший через модулятор, проецирует некий точечный рисунок, соответствующий текущей странице потока данных. Модулированный информационный луч пересекается под некоторым углом с опорным, а возникающие в результате интерференции этих лучей картины проецируются на слой светочувствительного материала и фиксируются в нем.

При считывании опорный луч проецируется сквозь слой носителя на специальный детектор. Зафиксированные в записывающем слое носителя интерференционные картины вызывают изменения показателя преломления записывающего материала. Таким образом, прошедший через записывающий слой носителя опорный луч проецирует на детектор восстановленные изображения записанных страниц.

Поскольку запись и чтение в голографических приводах осуществляются параллельно (то есть одновременно записывается или считывается сразу весь массив битов, называемый страницей), данная технология позволяет достичь весьма впечатляющей скорости передачи данных — от десятков до сотен мегабайт в секунду.

 

Чтение данных с голографических носителей

Изменяя угол падения луча или длину волны источника света, можно записать несколько различных информационных страниц на одном и том же участке светочувствительного материала (для их считывания необходимо воспроизвести те же параметры опорного луча, которые применялись при записи), что дает возможность использовать мультиплексирование потоков записываемых данных. Мультиплексирование позволяет значительно увеличить удельную плотность записи, а следовательно, и максимальную емкость носителя.

 

Согласно информации разработчиков, основой для создания устройств чтения дисков VMD будет служить конструкция серийно выпускаемых DVD-приводов, подвергнутая незначительной модификации. Это позволит наладить серийное производство VMD-накопителей на существующих производственных линиях, используемых для изготовления DVD-приводов. Таким образом, себестоимость производства приводов VMD окажется ненамного выше по сравнению с устройствами DVD-ROM. Кроме того, устройства для считывания дисков VMD, оснащенные лазером красного диапазона, совместимы с носителями семейств CD и DVD.

В июле 2005 года компания NME объявила о том, что носители и накопители VMD уже полностью готовы к внедрению в серийно выпускаемых продуктах. Одновременно была инициирована кампания по продвижению данного формата и начаты поиски партнера, обладающего производственными мощностями для развертывания серийного производства продуктов на базе VMD. К осени NME удалось найти подходящего партнера в лице китайской компании E-World.

Здесь самое время опять вернуться к формату EVD. Дело в том, что E-World была основана рядом крупных компаний для претворения в жизнь проекта EVD. Помимо производственных мощностей эта компания владеет и значительной долей интеллектуальной собственности, в частности правами на ключевые технологии (включая девять патентов) и торговую марку Enhanced Versatile Disc.

После серии переговоров сотрудничество NME и E-World перешло в качественно новую фазу. Сторонам удалось договориться не только об использовании производственных мощностей, но и о совместной работе над развитием формата оптических носителей. В ноябре 2005 года NME и E-World заключили соглашение об объединении форматов EVD и VMD, а также основали совместную компанию — NME-World, которая вскоре сообщила о своем намерении выпустить пробную партию бытовых видеопроигрывателей EVD/VMD по цене не более 150 долл. уже к ближайшим рождественским праздникам. Данные устройства способны воспроизводить носители EVD, VMD емкостью до 20 Гбайт, а также широко распространенные DVD и CD.

 

Схема устройства оптической системы записывающего привода, созданного с использованием технологии коллинеарной голографии

Схема устройства оптической системы записывающего привода, созданного с использованием технологии коллинеарной голографии

В заключение стоит сказать, что в сложившейся ситуации устройства на базе накопителей Versatile Multilayer Disc имеют неплохие шансы на то, чтобы закрепиться на массовом рынке. На фоне первых моделей бытовых видеопроигрывателей на основе Blu-ray Disc и HD-DVD, цена которых, как ожидается, составит порядка 1000 долл., значительно более дешевые устройства на базе VMD выглядят гораздо привлекательнее, тем более что максимальная емкость всех перечисленных носителей позволяет записывать полноформатные фильмы в HD-формате.

В начало В начало

Голографию — в жизнь

По оценкам экспертов, из всех ныне известных видов оптических накопителей наибольшим потенциалом для дальнейшего увеличения удельной емкости и скорости обмена данными обладают голографические устройства. Важным отличием голографических носителей от CD, DVD, HD-DVD, Blu-ray Disc и прочих подобных оптических дисков является использование всей толщины записывающего слоя. Если запись на дорожке CD- и DVD-носителей производится последовательно, бит за битом, в одном измерении, то голографическая технология позволяет использовать все три измерения рабочего слоя носителя и осуществлять параллельное считывание или запись массива битов (подробнее см. во врезке). Это позволяет значительно увеличить и удельную емкость носителей, и скорость чтения/записи. Кроме того, голографическая технология предоставляет разработчикам возможность создавать как накопители, работающие с дисковыми носителями, так и устройства на базе компактных карточек.

 

Логотип формата Holographic Versatile Disc (HVD)

Логотип формата Holographic Versatile Disc (HVD)

На данный момент ведущими разработчиками в области голографических накопителей являются японская компания Optware и американская InPhase Technologies (последняя активно сотрудничает с Hitachi Maxell). Упомянутые компании неоднократно демонстрировали работающие прототипы своих голографических накопителей и уже объявили о готовности начать производство пробных партий подобных устройств в 2006 году.

В начале 2005 года начали четко оформляться очертания первых стандартов голографических носителей, и уже в феврале шесть компаний — CMC Magnetics, Fuji Photo Film, Nippon Paint, Optware, Pulstec Industrial и Toagosei — образовали альянс HVD (Holographic Versatile Disc Alliance) с целью интенсификации развития и продвижения данного стандарта и для подготовки к выпуску серийных продуктов, созданных на его основе.

Что касается технологической базы данного альянса, то она зиждется главным образом на разработках компании Optware, а именно на так называемой коллинеарной голографии (collinear holography). Основой данного решения является использование оптической системы с соосно проецируемыми опорным и информационным лучами, поляризованными во взаимно перпендикулярных плоскостях. Такой подход позволяет уменьшить габариты голографического привода (по сравнению с системами, в которых опорный и информационный лучи проецируются отдельно друг от друга), а также использовать в нем сервосистему, унифицированную с аналогичным узлом современных оптических накопителей.

На нынешнем этапе своего развития технология коллинеарной голографической записи позволяет (при применении зеленого лазера с длиной волны 532 нм) сохранять около 200 Гбайт данных на одностороннем диске диаметром 120 мм. Разработчики Optware утверждают, что по мере совершенствования технологии этот показатель можно будет увеличить до 1 Тбайт.

В конце минувшего года Optware начала осуществлять действия, свидетельствующие об активной подготовке к коммерциализации первого поколения накопителей и носителей формата HVD. В октябре компания объявила об открытии американского филиала (Optware America), сотрудники которого будут заниматься развитием новых продуктов (в частности, семейства HVD-накопителей Magnum), приложений и программных компонентов. Согласно обнародованной информации, Optware America будет курировать продажи накопителей Magnum на территории Америки, Европы, Африки и Ближнего Востока. Позже было объявлено, что Optware планирует начать пробные поставки HVD-накопителей Magnum уже летом 2006 года. Следует, однако, отметить, что речь пока идет лишь об устройствах хранения данных корпоративного уровня. Возможность выпуска голографических дисковых накопителей для потребительского рынка руководители Optware пока рассматривают лишь в перспективе — предположительно, после 2008 года.

 

Прототип записывающего привода и голографический диск формата HVD

Прототип записывающего привода и голографический диск формата HVD

Впрочем, первые продукты потребительского класса, использующие голографическую технологию записи, могут появиться на массовом рынке значительно раньше. Параллельно с дисковыми устройствами формата HVD сотрудники Optware разработали конструкцию голографических накопителей, рассчитанных на использование специальных карточек HVC (Holographic Versatile Card — универсальная голографическая карта). Согласно обнародованной информации, пластиковый носитель размером с кредитную карту позволит хранить до 30 Гбайт данных. Для работы с HVC будут выпускаться как считывающие, так и записывающие накопители. Коммерциализация данного проекта запланирована на 2006 год.

 

Прототип устройства для чтения и записи голографических карт и 30-гигабайтный носитель формата HVC

Прототип устройства для чтения и записи голографических карт и 30-гигабайтный носитель формата HVC

Здесь нужно упомянуть о том, что пару лет тому назад японская корпорация NTT начала активную подготовку к реализации проекта по коммерциализации голографических карт памяти Info-MICA — сменных ROM-носителей, предназначенных для использования в ПК и портативных электронных устройствах (См. статью «Info-MICA: голографическая память» в № 4’2004). Но, к сожалению, информации о внедрении Info-MICA в серийно выпускаемых продуктах пока не появилось.

Уже на протяжении нескольких лет специалисты компании InPhase Technologies занимаются созданием голографических дисковых накопителей Tapestry. Основным технологическим партнером и крупнейшим инвестором данного проекта является компания Hitachi Maxell, сотрудники которой занимаются совершенствованием голографических носителей. На проходившей в апреле минувшего года конференции NAB 2005 компания InPhase Technologies совместно с Hitachi Maxell провела первую публичную демонстрацию прототипа Tapestry, который рассчитан на работу с дисками емкостью 300 Гбайт, вмещающими до 35 часов видеосигнала вещательного качества в высоком разрешении. Изготовленные компанией Hitachi Maxell голографические WORM-носители представляют собой диски диаметром 130 и толщиной 1,5 мм, упакованные в защитные картриджи стандартного формфактора (5,25 дюйма). Максимальная скорость считывания информации с такого носителя составляет 20 Мбайт/с.

По заявлению представителей InPhase Technologies, в перспективе семейство голографических накопителей Tapestry будет включать несколько различных моделей, старшая из которых позволит работать с дисками емкостью 1,6 Тбайт и обеспечит скорость считывания данных до 120 Мбайт/с.

В сентябре InPhase Technologies официально объявила о заключении соглашения с компанией Cypress Semiconductor, которая будет поставлять модули КМОП-сенсоров для систем считывания данных голографических приводов семейства Tapestry. Характеристики данных сенсоров позволяют считывать данные с голографического носителя со скоростью до 500 стр./с (каждая страница содержит порядка 1 млн. бит).

В середине ноября на выставке InterBEE в Токио была продемонстрирована возможность использования голографического привода Tapestry в вещательной студии. Видеофайл, записанный на голографическом носителе производства Hitachi Maxell, был скопирован на вещательный сервер и воспроизведен в режиме прямого эфира. В наступившем году InPhase Technologies планирует начать поставки первых партий голографических приводов Tapestry по OEM-соглашениям. Ожидается, что основными сферами применения данных накопителей станут вещательные студии и крупные центры хранения данных. Благодаря использованию носителей, упакованных в картриджи стандартного формфактора, накопители Tapestry совместимы со стандартным оборудованием, применяемым в автоматизированных библиотеках.

КомпьютерПресс 1'2006

Наш канал на Youtube

1999 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2001 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2002 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2003 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2004 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2005 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2006 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2007 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2008 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2009 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2010 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2011 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2012 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2013 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Популярные статьи
КомпьютерПресс использует