Будущее оптических накопителей

Сергей Асмаков

HD-DVD и Blu-ray Disc

   Различия форматов

   Проблемы совместимости

   Гибридные диски — ступенька в будущее?

Битва титанов: прелюдия

   Подготовка — залог успеха

   Прототипы: готовность номер один

Альтернативные решения

Что будет дальше?

   Ультрафилетовые приводы

   Голографические накопители

 

«Бумажные» диски

 

История противоборства двух конкурирующих форматов записи (HD-DVD и Blu-ray Disc), претендующих на право в ближайшем будущем стать общепринятым стандартом оптических дисков высокой плотности, приближается к своей кульминации. В минувшем году были утверждены окончательные версии спецификаций физического уровня HD-DVD-ROM и BD-ROM, и, как ожидается, уже в начале нынешнего должны появиться спецификации приложений — документы, которых с нетерпением ждут производители для развертывания массового производства накопителей и носителей новых форматов. Таким образом, именно в 2005 году наступает решающая фаза противостояния HD-DVD и Blu-ray Disc.

На проходившем в самом конце 2003 года заседании руководящего комитета DVD Forum с минимальным перевесом голосов в качестве преемника DVD официально был утвержден стандарт HD-DVD (High Definition/High Density-DVD). Однако было бы крайне наивно рассчитывать на то, что это формальное решение действительно способно примирить конкурирующие группы производителей и навсегда покончить с вполне реальной опасностью возникновения двух несовместимых между собой стандартов оптических носителей высокой плотности. Причем, в отличие от DVD, где подобные разногласия касались лишь форматов записываемых и перезаписываемых носителей, сейчас намечается раскол куда более серьезный, затрагивающий и стандарт на ROM-носители.

И наблюдатели, и непосредственные участники этого противоборства прекрасно понимают, что ставки здесь очень высоки: группа победителей получит право на протяжении многих лет получать лицензионные отчисления от всех произведенных носителей и накопителей соответствующего формата. Примером тому могут служить компании Sony и Philips, благополучие которых на протяжении последних 20 лет стабильно прирастает за счет огромных сумм лицензионных отчислений, выплачиваемых за каждый легально произведенный CD-привод и компакт-диск (включая CD-R и CD-RW).

HD-DVD и Blu-ray Disc

Различия форматов

Прежде чем перейти к описанию наиболее важных событий минувшего года, стоит вкратце напомнить о принципиальных различиях форматов HD-DVD и Blu-ray Disc. Оба стандарта предусматривают использование для считывания данных сине-фиолетового лазера с длиной волны 405 нм, однако параметры оптической системы и формат записи существенно различаются для каждого из них.

В Blu-ray Disc используются оптическая система с числовой апертурой 0,85 и носители с толщиной прозрачного защитного слоя 0,1 мм. Вследствие уменьшения ширины дорожки (вдвое по сравнению с DVD) возможно производство однослойных носителей Blu-ray Disc емкостью 23,3; 25 и 27 Гбайт; базовая скорость (1х) накопителей составляет 36 Мбит/с. Согласно опубликованным данным, уже сейчас новые технологии обработки сигнала позволяют увеличить плотности записи до 35 Гбайт на один слой. Кроме того, малая толщина прозрачного защитного слоя в перспективе позволит увеличивать емкость носителей Blu-ray Disc за счет увеличения количества слоев. Например, на международном симпозиуме ISOM 2004 (International Symposium on Optical Memory) разработчики Sony представили дизайн восьмислойного (!) носителя Blu-ray Disc, имеющего суммарную емкость 200 Гбайт.

 

Сравнение основных параметров приводов и носителей CD, DVD, HD-DVD и Blu-ray Disc

Сравнение основных параметров приводов и носителей CD, DVD, HD-DVD и Blu-ray Disc

Определенным недостатком первых прототипов приводов Blu-ray Disc была их несовместимость с DVD-носителями. Впрочем, в настоящее время уже найдено решение данной проблемы (об этом речь пойдет чуть ниже). Нельзя также не отметить, что себестоимость производства носителей Blu-ray Disc будет более высокой (по сравнению с конкурирующими HD-DVD). Кроме того, перепрофилирование существующих линий по выпуску оптических дисков на выпуск носителей Blu-ray Disc потребует значительных вложений.

Что касается HD-DVD, то данный стандарт предусматривает использование оптической системы с числовой апертурой 0,65 и носителей с толщиной прозрачного защитного слоя 0,6 мм (такого же, как и у DVD). Емкость ROM-носителей составит 15 Гбайт для однослойных и 30 Гбайт для двуслойных дисков, а для однослойных записываемых и перезаписываемых дисков — соответственно 15 и 20 Гбайт.

Важным козырем HD-DVD является изначально предусмотренная обратная совместимость приводов с DVD-носителями. Благодаря сходству технологических процессов существующие линии по выпуску DVD можно легко перепрофилировать для выпуска HD-DVD, причем это потребует минимальных затрат. И, что также немаловажно, себестоимость производства носителей HD-DVD останется такой же, как и у DVD-дисков.

Проблемы совместимости

Помимо того что над многочисленной армией пользователей нависла угроза появления двух несовместимых (даже на уровне ROM-носителей) стандартов оптических дисков, выпуск накопителей с сине-фиолетовым лазером может породить еще одну серьезную проблему, которая очень часто возникает при выходе новых технических решений на массовый рынок. Речь идет о проблеме обратной совместимости с имеющими широкое распространение оптическими дисками существующих стандартов — таких как CD и DVD.

Дело в том, что в оптических приводах разных стандартов применяются источники света (полупроводниковые лазеры) с различной длиной волны, а кроме того, существенно различающиеся по своим параметрам оптические системы. Поэтому для обеспечения даже минимальной совместимости (то есть возможности хотя бы чтения дисков более старых форматов) приводы необходимо оснащать головкой, в которой размещены два или три различных источника света и столько же оптических систем.

В чисто инженерном плане задача вполне решаемая. Однако для того, чтобы использовать подобные решения в серийно выпускаемых устройствах, необходимо решить и сопутствующие проблемы — в частности не допустить заметного удорожания изделия, причем желательно без заметного снижения его надежности. Головоломка получается не из простых… Тем не менее и ее можно решить.

В мае 2004 года компания Sony объявила, что ее разработчикам удалось создать прототип оптической головки, оснащенной тремя источниками света с различной длиной волны. Это позволит создавать приводы Blu-ray Disc, совместимые как с DVD-, так и с CD-носителями. Правда, внедрить это решение в коммерческие продукты станет возможным лишь во второй половине 2006 года.

В середине июня Philips сообщила о том, что ее сотрудники завершают работу по созданию блока оптических головок для универсальных оптических приводов нового поколения (OPU81), которые будут полностью совместимы с носителями более старых форматов (CD и DVD). Модуль OPU81 оснащен тремя полупроводниковыми лазерами (инфракрасным, красным и сине-фиолетовым), благодаря чему обеспечивается возможность чтения носителей CD-ROM и DVD-ROM, а также чтения и записи CD-R/RW, DVD+R/RW и Blu-ray Disc. Представители Philips особо подчеркнули, что, поскольку данный модуль изначально разрабатывался для использования в массовых устройствах, его цена не превысит разумные пределы. Ожидается, что серийное производство модулей OPU81 будет налажено в 2006 году.

Гибридные диски — ступенька в будущее?

Пока разработчики многих компаний ломают голову над тем, как заставить новые приводы считывать старые диски, компания Memory-Tech предложила нехитрый способ решения обратной задачи — то есть чтения новых дисков в относительно старых приводах.

В начале декабря прошедшего года Memory-Tech объявила о намерении начать массовое производство гибридных дисков DVD/HD-DVD. Физическая структура таких носителей — двухслойная: верхний слой — формата DVD (емкость 4,7 Гбайт), а нижний — формата HD-DVD (15 Гбайт). Согласно заявлению компании, распространение гибридных носителей является временной мерой, которая позволит облегчить конечным пользователям переход от DVD к HD-DVD.

Memory-Tech уже изготовила прототипы гибридных дисков и протестировала их примерно с двумя сотнями DVD-устройств, включая бытовые плееры, медиарекордеры и компьютерные приводы. По словам представителя компании, в процессе тестирования не было выявлено каких-либо технических проблем, однако для завершения работ понадобится еще около полугода.

Начало массового производства гибридных дисков намечено на конец осени 2005 года. В настоящий момент Memory-Tech располагает шестью производственными линиями по выпуску ROM-носителей формата HD-DVD, каждая из которых позволит ежемесячно выпускать до 700 тыс. гибридных дисков.

В начало В начало

Битва титанов: прелюдия

Подготовка — залог успеха

Прошедший год в истории противоборства HD-DVD и Blu-ray Disc стал своеобразным подготовительным периодом. Причем помимо работы над различными документами и спецификациями каждая из соперничающих групп активно искала новых союзников и старалась привлечь их на свою сторону.

В июне члены DVD Forum утвердили спецификацию физического уровня для ROM-носителей формата HD-DVD (HD-DVD-ROM) версии 1.0. Этот документ узаконил физическую структуру двух типов односторонних дисков HD-DVD: однослойных емкостью 15 Гбайт и двухслойных в 30 Гбайт. Кроме того, в спецификации декларировано намерение включить в список форматов, используемых для записи видео на HD-DVD, кодеки MPEG-2, Windows Media Video 9 и MPEG-4 AVC (H.264).

 

Двуслойный диск HD-DVD-ROM емкостью 30 Гбайт

Двуслойный диск HD-DVD-ROM емкостью 30 Гбайт

В сентябре участники DVD Forum одобрили версию 1.0 физической спецификации перезаписываемых дисков HD-DVD (HD-DVD-RW), описывающей структуру однослойных односторонних носителей емкостью 20 Гбайт. Тогда же была одобрена и предварительная версия спецификации однослойных односторонних записываемых дисков данного формата (HD-DVD-R), имеющих емкость 15 Гбайт.

Однако для того, чтобы производители смогли приступить к развертыванию серийного производства новых носителей и накопителей для них, спецификации физического уровня недостаточно. Необходима еще и спецификация приложений — документ, регламентирующий методику записи данных и логическую структуру диска. Спецификация приложений HD-DVD-ROM пока находится в стадии разработки, а текст ее окончательной редакции должен появиться лишь в феврале. Соответственно, первые коммерческие продукты, поддерживающие работу с носителями HD-DVD-ROM, могут быть выпущены не ранее второй половины этого года.

 

Образцы однослойных записываемых дисков HD-DVD-R

Образцы однослойных записываемых дисков HD-DVD-R

Переходя к описанию деятельности Blu-ray Disc Association (BDA), стоит упомянуть о появлении в ее рядах новых членов: в самом начале 2004 года к девяти компаниям-основателям (Hitachi, LG, Matsushita (Panasonic), Pioneer, Philips, Samsung, Sharp, Sony и Thomson) присоединились Hewlett-Packard и Dell, а в марте — TDK.

В начале октября минувшего года состоялась первая официальная встреча членов BDA, в которой приняли участие представители более 70 компаний, работающих в сфере производства бытовой электроники, компьютерных компонентов и программного обеспечения. «Мы уверены, что количество членов BDA увеличится до 73 уже в течение трех ближайших месяцев», — заявил Морин Уэбер (Maureen Weber), генеральный менеджер компании HP по решениям в области оптических устройств хранения данных. По всей видимости, высокопоставленный сотрудник Hewlett-Packard имел достаточно веские основания для такого утверждения: спустя всего неделю после встречи в ряды BDA вступила крупная японская компания JVC.

 

Образцы дисков BD-ROM емкостью 25 и 50 Гбайт

Образцы дисков BD-ROM емкостью 25 и 50 Гбайт

11 августа 2004 года участники BDA большинством голосов одобрили окончательный вариант текста спецификации физического формата носителей BD-ROM версии 1.0. Кроме того, 1 сентября BDA распространила информацию, что в список видеокодеков, используемых для записи видеоинформации на носителях BD-ROM, помимо MPEG-2 внесены также Windows Media Video 9 и MPEG-4 AVC High Profile.

Конкурирующие группы, поддерживающие HD-DVD или Blu-ray Disc, действуют в одном направлении: и та и другая готовит стратегический плацдарм перед началом широкомасштабного наступления на рынок. Здесь можно провести аналогию с двумя дуэлянтами: для того чтобы выиграть, необходимо не только успеть выстрелить первым, но еще и точно поразить цель. Если говорить более предметно, то в нынешней ситуации совсем не обязательно победит та группа, которая первой представит готовый продукт. Появление на прилавках бытовых видеоплееров и рекордеров, компьютерных приводов и подобных устройств нового формата не будет вызывать сколь-нибудь заметного интереса со стороны конечных пользователей до тех пор, пока в продаже не появится хотя бы минимальный ассортимент соответствующих носителей — чистых дисков для записи, фильмов, игр и т.д. Для успешного продвижения нового формата крайне важно продемонстрировать пользователям не только технические преимущества предлагаемого решения, но и реальную возможность их использования, причем подобные демонстрации являются важной составляющей подготовительной работы.

В конце сентября компания Sony официально подтвердила, что в будущей игровой приставке, пока фигурирующей под рабочим названием PlayStation 3, будет использоваться оптический привод, совместимый с носителями формата Blu-ray Disc. Примерно в то же время Sony объявила о начале поставок базовых компонентов — в частности оптических головок и сопутствующих полупроводниковых устройств — для записывающих и воспроизводящих приводов формата Blu-ray Disc.

В ноябре компании Toshiba и NEC объявили о том, что уже в конце 2005 года планируют выпустить первые модели ноутбуков, оснащенные приводами HD-DVD. При этом было обещано, что розничная цена таких ноутбуков сохранится на уровне моделей, снабженных обычными DVD-приводами.

 

Прототип бытового видеоплеера Sony на базе Blu-ray Disc

Прототип бытового видеоплеера Sony на базе Blu-ray Disc

В том же месяце HP заявила о намерении начать в конце 2005 года продажи оснащенных приводами Blu-ray Disc настольных ПК, рабочих станций и цифровых медиацентров. Ожидается, что новые оптические приводы позволят работать со всем спектром носителей Blu-ray Disc, а также будут обратно совместимы с носителями форматов CD и DVD. Кроме того, было объявлено о планах компании выпустить оснащенные приводами Blu-ray Disc ноутбуки в начале 2006 года.

Обе соперничающие группы прилагают немало усилий по поиску и привлечению на свою сторону потенциальных союзников в стане крупных поставщиков аудио- и видеозаписей, а также программного обеспечения. В начале октября появилась информация относительно позиции руководства ряда крупнейших голливудских киностудий, касающейся вопроса выбора носителей для распространения видеопродукции, записанной в формате высокой четкости. Киностудия 20th Century Fox официально заявила о поддержке стандарта носителей Blu-ray Disk, которые планируется использовать для хранения игр, кинофильмов, информационных баз данных и прочей информации. Кроме того, стандарт Blu-ray Disk поддерживает Sony Pictures (что, впрочем, неудивительно) и, по не подтвержденной пока информации, — MGM (Metro-Goldwyn-Маyer). В свою очередь, студии Warner Bros., Universal и Paramount дали понять, что склоняются к выбору HD-DVD, однако принятие окончательного решения по этому вопросу отложено до конца 2005 года. Кроме того, стало известно об интенсивных переговорах кинокомпании Disney с компанией Toshiba, представляющей интересы группы HD-DVD.

В настоящий момент для поставщиков медиаконтента формат HD-DVD представляется более привлекательным: во-первых, переход с обычных DVD на HD-DVD потребует минимальных вложений, а во-вторых, себестоимость носителей останется на прежнем уровне. Впрочем, не исключено, что при определенных вариантах развития событий руководители некоторых киностудий примут компромиссное решение и будут распространять свою продукцию на носителях как HD-DVD, так и на Blu-ray Disk.

Естественно, помимо прочих факторов на окончательное решение будут оказывать немалое влияние и собственные интересы кинокомпаний. Например, группа Warner владеет целым рядом патентов на решения, используемые в DVD, а следовательно, получает свою долю лицензионных отчислений от каждого проданного на DVD фильма. Известно, что Warner принимала активное участие в разработке HD-DVD, поэтому кровно заинтересована в продвижении именно этого формата.

Пока не до конца ясна и позиция крупнейшего мирового поставщика операционных систем для персональных ПК Microsoft. Компания уже сделала официальное заявление относительно поддержки устройств HD-DVD, но сохраняет молчание по поводу Blu-ray Disk.

Прототипы: готовность номер один

Несмотря на отсутствие полного пакета спецификаций, необходимых для развертывания серийного производства как HD-DVD, так и Blu-ray Disc, многие производители уже разработали изделия на базе оптических дисков нового поколения и третий год охотно демонстрируют действующие прототипы на различных выставках. Приведем лишь несколько примеров.

В августе 2004 года на семинаре Blu-ray Disc Information в Токио компания Samsung представила прототип своего пишущего привода Blu-ray Disc, сообщив о готовности начать серийное производство данного устройства уже в конце года.

В сентябре Sanyo сообщила о намерении выпустить в 2005 году бытовой видеоплеер, позволяющий воспроизводить как DVD, так и HD-DVD. В планах Sanyo на 2006 год — выпуск бытового HD-DVD-рекордера. Правда, речь пока идет лишь о выпуске подобных продуктов для японского и, вероятно, североамериканского рынков.

 

Прототип внешнего накопителя HD-DVD от NEC

Прототип внешнего накопителя HD-DVD от NEC

На выставке CEATEC Japan 2004 компания Toshiba демонстрировала прототип своего HD-DVD-видеоплеера, который планирует запустить в продажу в конце 2005 года. Кроме того, на стенде Toshiba были представлены диски с несколькими фильмами, записанными в HD-формате, — в частности «Матрица: Революция», «Ронин», «Мулен Руж» и др. На этой же выставке NEC продемонстрировала компьютерный привод HD-DVD, который также должен появиться в розничной продаже уже в конце наступившего года.

 

Прототип компьютерного привода Blue-ray Disc от компании Pioneer

Прототип компьютерного привода Blue-ray Disc от компании Pioneer

Там же, на CEATEC Japan 2004, компания Pioneer показала внутренний привод Blue-ray Disc для ПК. Устройство, оснащенное интерфейсом АТА, позволяет считывать и записывать носители BD-R и BD-RE на скорости 2x, а также DVD±R (до 8x) и DVD±RW (до 4x). Кроме того, привод может считывать носители BD-ROM, DVD-ROM и DVD-RAM.

В начало В начало

Альтернативные решения

Наряду с решениями для массового рынка некоторые компании разработали и специализированные решения на базе оптических приводов с сине-фиолетовым лазером, ориентированные на ряд нишевых сегментов.

Так, компания Sony (являющаяся одним из членов BDA) разработала формат оптических носителей Professional Disc for Data (PDD), предназначенных в первую очередь для использования в хранилищах данных. По замыслу создателей, носители PDD являются преемниками ныне используемых 5-дюймовых магнитооптических дисков емкостью 9 Гбайт. Носители PDD будут выпускаться в защитных картриджах (в таких же, как и магнитооптические диски); при этом совместимость с накопителями формата Blu-ray Disc не предусмотрена. Емкость носителей PDD первого поколения составит 23,3 Гбайт, а скорость записи — порядка 9 Мбит/с.

Компания Plasmon еще в середине 2003 года начала продвигать оптические накопители формата UDO (Ultra Density Optical), которые так же, как и PDD, позиционируются в качестве замены накопителей на магнитооптических дисках в корпоративных хранилищах данных. Фактически формат UDO, предусматривающий использование сине-фиолетового лазера с длиной волны 405 нм и оптической системы с числовой апертурой 0,7, представляет собой адаптированный вариант Blu-ray Disc. Приводы UDO обеспечивают скорость чтения данных на уровне 8 Мбайт/с и скорость записи до 4 Мбайт/с (с верификацией данных).

Носители UDO представляют собой двусторонние диски емкостью 30 Гбайт, упакованные в стандартные защитные картриджи 5,25-дюймового формфактора. Использование стандартных картриджей позволяет упростить и удешевить процесс внедрения накопителей UDO благодаря возможности использования уже имеющегося оборудования — например автоматических загрузчиков дисков, выпускавшихся для магнитооптических библиотек.

Plasmon выпускает как однократно записываемые, так и перезаписываемые носители UDO; ресурс перезаписываемых дисков составляет не менее 10 тыс. циклов записи. В дальнейшем компания планирует освоить выпуск новых моделей накопителей, обеспечивающих возможность работы с носителями емкостью 60 и 120 Гбайт, причем эти системы будут обратно совместимы с 30-гигабайтными дисками UDO.

В начало В начало

Что будет дальше?

В то время как борьба между группами производителей, поддерживающих Blu-ray и HD DVD, приближается к своей кульминации, в исследовательских лабораториях ученые и инженеры уже работают над оптическими накопителями следующего поколения. Ниже мы вкратце расскажем о двух перспективных направлениях дальнейшего развития технологий оптической записи.

     

«Бумажные» диски

Весной 2004 года компании Toppan Printing и Sony обнародовали информацию о весьма любопытной совместной разработке. Ученым удалось создать технологию производства 25-гигабайтных ROM-дисков Blu-ray на основе органического сырья. Примерно половину веса таких носителей составляет… обычная бумага. Диски, изготовленные на органической основе, являются более экологичными. Кроме того, себестоимость производства таких носителей будет обходиться дешевле по сравнению с изготавливаемыми по традиционной технологии.

Стоит отметить, что японские исследователи уже не первый раз обращают свой взор на органическое сырье. Ранее компания TDK сообщала о том, что в ее лабораториях разработана технология производства оптических дисков из волокон кукурузы.

 

Ультрафилетовые приводы

Один из путей дальнейшего повышения удельной плотности записи на оптические носители — уменьшение длины волны лазера, используемого для считывания информации. Существующие сегодня решения на базе сине-фиолетового лазера позволяют записывать от 23 до 27 Гбайт на один слой оптического диска диаметром 120 мм. Наиболее очевидным способом дальнейшего увеличения плотности записи является уменьшение длины волны используемого в приводе источника света.

Сотрудники исследовательской лаборатории японской компании Pioneer провели серию экспериментов, используя лабораторную установку с лазером, работающим в ультрафиолетовом диапазоне. Длина волны такого лазера примерно вдвое меньше по сравнению с аналогичным параметром сине-фиолетовых лазеров, используемых в приводах Blu-ray Disc. Благодаря уменьшению длины волны ученым удалось вдвое (по сравнению с Blu-ray Disc) уменьшить ширину дорожки оптического диска и достичь уровня плотности записи, при котором на одном слое 120-миллиметрового диска умещается до 500 Гбайт данных.

Голографические накопители

Весьма перспективным направлением считается развитие голографической технологии оптической записи. На страницах нашего журнала мы уже рассказывали о том, что специалисты ряда компаний ведут работы в области использования голографической технологии записи информации на оптические диски (см. публикацию «Голографическая запись: терабайт на одном носителе» в № 1’2003). Однако практическое внедрение принципов голографической записи в оптических приводах сдерживается объективными факторами — прежде всего необходимостью обеспечения строгих требований и допусков к характеристикам и параметрам используемых источников света, элементов оптической системы и материалам, из которых изготавливаются носители. Кроме того, практическая реализация классической схемы голографической записи (с использованием двух лучей — опорного и информационного) связана с необходимостью решения весьма важных технических проблем.

Серьезный прорыв в области голографической записи совершили в 2002 году сотрудники компании Optware, создавшие оптическую систему с соосно расположенными опорным и информационным лучами, поляризованными во взаимоперпендикулярных плоскостях. Внедрение этого решения позволило использовать в голографических приводах сервосистему, по своей конструкции не отличающуюся от аналогичных узлов современных оптических накопителей.

Изготовленный в лаборатории Optware прототип позволяет записывать на одном слое 120-миллиметрового диска до 300 Гбайт данных. 8 июля 2004 года в офисе компании была проведена первая в мире демонстрация фильмов, записанных на голографических дисках (Holographic Versatile Disc, HVD). Об успехе данного мероприятия свидетельствует тот факт, что уже в октябре минувшего года шесть компаний — CMC Magnetics, Fuji Photo Film, Marubeni, Matsushita Electric, Pulstec Industrial и Toagosei — инвестировали примерно 3 млн. долл. в программу Optware по совершенствованию голографических накопителей на базе оптических дисков. Ожидается, что полнофункциональный макет записывающего HVD-привода, пригодного для коммерческого использования, будет готов нынешним летом.

КомпьютерПресс 1'2005