Wohin mit den Daten?

Speicherlösungen für Publisher

Die Druck- und Medienbranche braucht nichts dringender, als Platz für ihre digitalen Daten. An der Speicherfront ist viel in Bewegung, wie unser Bericht zeigt: der Branche kann geholfen werden!

Eine Untersuchung der School of Information Management and Systems (SIMS) der University of California, Berkerly, vom November 2000 zeigt auf, dass in den nächsten drei Jahren mehr Informationen erzeugt werden als in den vergangenen letzten 300.000 Jahren. In der Studie "How much Information" wurden die weltweit in gedruckter Form vorhandenen und über Radio und TV verbreiteten sowie auf optisch und magnetischen Medien gespeicherten Datenmengen untersucht..

Zur Zeit beträgt das Gesamtvolumen aller weltweit verfügbaren Information 12 ExaBytes, was 12 Millionen TeraBytes entspricht. Zum Vergleich: eine Million Bücher beinhaltet ein TeraByte oder 1000 GigaByte Daten. Jeder Mensch produzierte somit also zirka 250 MegaBytes Informationen. Etwa 93 % des jährlichen Datenvolumens ist in digitaler Form auf platten- oder bandbasierten Speichermedien abgelegt; nur 0,003 Prozent liegen in gedruckter Form vor. In den nächsten Jahren soll sich das Informationsvolumen jeweils jährlich verdoppeln.

Wo soll das alles abgelegt werden? Es scheint, dass die Speichertechnologie mit den Anforderungen Schritt halten kann. Hier sind einige Beweise.

Magneto-optischer 5,25 Zoll-Scheibe speichert 9,1 GB

Sony Elektronics, eine US-Tochter des Sony-Konzerns, ist es gelungen, die Speicherkapazität ihrer magneto-optischen Laufwerke beinahe zu verdoppelt. Auf einer 5,25 Zoll Scheibe kann das SMO-F561 Laufwerk so 9,1 GB abspeichern. Auch die Datenübertragungsrate des Laufwerks wurde nach Angaben von Sony Electronics um 20 Prozent gesteigert.

Die ausgeweitete Speicherfähigkeit wird durch die Einführung der Magnetically Induced Super Resolution Technology (MSR) ermöglicht. Sie erlaubt es dem Laufwerk Aufzeichnungen zu lesen, die kleiner sind als der Durchmesser des Lasers selbst. Gleichzeitig wird die Wahrscheinlichkeit von Störungen verringert, in dem der Laser die benachbarten Spuren liest. Damit lassen sich die Daten dichter auf das Trägermedium packen.

Die Trägerscheibe rotiert mit 3.000 Umdrehungen pro Minute. Das Laufwerk hat einen acht MB Buffer-Speicher und eine SCSI-Schnittstelle. Die Burst-Übertragungsrate erreicht einen Spitzenwert von 20 MB in der Sekunde. Die durchschnittliche Zugriffszeit beläuft sich 25 Millisekunden. Das Gerät kann auch die Speichermedien der älteren magneto-optischen Laufwerke lesen und beschreiben. Das interne Laufwerk SMO-F561 kostet 2.600 Dollar; zwei externe Laufwerke, das RMO-s561 und das OEM-SMO 561 werden Anfang 2001 verfügbar sein.

Streamer-Tape speichert bis zu einem TeraByte

Sony kündigte die Entwicklung der Next-Generation Magnetband-Speicher-Technologien an. Damit seien ab 2003/4 Datensicherungen von bis zu einem TeraByte auf einer Acht-Millimeter-Kasette möglich. Die neue Technologie soll für große Daten-Backups und Archivierungslösungen in Breitband-Netzwerken eingesetzt werden.

Ein hoch sensibler GMR-Schreib-Lesekopf (Giant Magneto Resistive), der seine Informationen auf ein speziell metallbedampftes Streamer-Tape schreibt, ermöglicht diese hohe Speicherkapazität. Die Bandaufzeichnung der Daten erfolgt extrem rauscharm mit einer Datendichte von 6,5 GigaByte/Inch.

Kapazitätsrekorde bei Festplatten

Der Festplattenhersteller Seagate hat mit der Barracuda 180 einen neuen Rekord bei der Speicherkapazität von Festplatten aufgestellt. Die Ultra160 SCSI-Platte fasst 181,6 GByte und soll trotz 7.200 Umdrehungen pro Minute die leiseste Festplatte ihrer Klasse sein. Die neuartige Vibrationskontrolle (Rotational Vibration Protecting System) reduziert die Laufgeräusche und soll darüber hinaus Positionierungsfehler vermeiden, indem sie Schwingungen in Abhängigkeit zum Gehäuse misst und das Ergebnis an die Plattensteuerung weitergibt.

Die MTBF-Rate (ausfallfreie Zeit) der Festplatte wird von Seagate mit 1,2 Mio. Stunden angegeben. Die mittlere Transferrate beträgt 47 MByte/s. Die Markteinführung soll im ersten Quartal 2001 mit einem Preis von 2.195 Dollar erfolgen.

Speicherdichte soll von derzeit 63,2 auf 250 Gigabits pro Quadratzoll steigen

Der US-Festplattenhersteller Read-Rite hat einen neuen Speicherrekord für Festplatten aufgestellt. Der Prototyp kann nach Angaben des Unternehmens pro 3,5-Zoll-Platte 88 GB abspeichern. Damit können theoretisch 350 GB-Festplatten erzeugt werden. Die Datendichte beträgt 63,2 Gigabit je Quadratzoll. Den bisherigen Rekord hielt Hitachi mit 52,5 Gigabit.

Die Festplatte funktioniert dabei nach dem seit Jahren verwendeten Winchester-Prinzip. Die Festplatte packt 600.000 Bits Daten auf den Zoll im Bogen und über 105.000 Daten-Spuren auf einen Zoll im Radius. Die Datenübertragungsrate betrug bei der Demonstration 160 Megabits pro Sekunde.

Um die Speicherdichte weiter zu erhöhen arbeiten die Festplattenhersteller an verschiedenen Verfahren. Allgemein werden 100 Gigabit pro Quadratzoll als realistisch erachtet. Hitachi will dazu die Mechanik seiner Festplatten verbessern. Seagate arbeitet dagegen an seiner von Quinta übernommenen "Optical Assisted Winchester"-Technologie. Dabei soll durch den Einsatz von Laser die Datendichte auf 250 Gigabit pro Quadratzoll hochgetrieben werden.

Bereits heute gehören Speicherschränke mit 100 und mehr Festplatten zu den Standardkomponenten eines Storage Area Networks (SAN).  Über Glasfaser-Schnittstellen werden Übertragungsraten bis 2 GigaByte/s erreicht.

Künftige Technologien

Die heute übliche Speichertechnologie wird in wenigen Jahren an ihre physikalischen Grenzen stoßen: Hier wird Information abgelegt, indem ganze Bereiche von Atomen magnetisch in die eine oder andere Richtung gepolt werden: Bis zu fünf Milliarden Informationsbits pro Quadratzentimeter erreicht eine heute käufliche Festplatte. Experten schätzen, dass nur noch eine Steigerung um etwa das Zehnfache möglich ist. Danach sind andere Technologien gefragt: Am aussichtsreichen ist der "mechanische Speicher", bei dem ein so genanntes Kraftmikroskop (AFM) mit einer extrem feinen Spitze einzelne Atome der Oberfläche verschiebt und Informationsbits als "Kratzer" oder "Dellen" ablegt. So kann Information noch wesentlich dichter gepackt werden als bei magnetischen Festplatten. Allerdings dauerte das Lesen mit der feinen Spitze bisher mehr als hundert Mal länger.

Nicht-magnetische Laufwerke sind schneller

Wissenschaftler des Schweizer IBM-Forschungslabors lösten ein Problem, das bisher die Geschwindigkeit künftiger Speicher-Laufwerke ausbremste: Die Speicher, die die Information durch mechanisches Verschieben von Atomen ablegen, können wesentlich mehr Daten fassen als die besten jemals erreichbaren Magnetspeicher, waren aber bisher deutlich langsamer beim Abruf dieser Daten. Das Team um Mark Lutwyche kombinierte jetzt 1024 Spitzen, die parallel lesen bzw. schreiben können, um die Lesegeschwindigkeit einer 20 mal dichter gepackten Kunststoffplatte deutlich zu steigern. Noch bremsen Software-Probleme zur Lesearm-Kontrolle die Geschwindigkeit ab, doch die Idee funktioniert. Die Forscher sind zuversichtlich, binnen kurzer Zeit die Lesegeschwindigkeiten heutiger Magnetfestplatten zu erreichen.

Magnetische Halbleiter revolutionieren die Computertechnologie

Japanischen Wissenschaftlern der Tohoku Universität gelang es erstmals, in einem Halbleitermaterial ein Magnetfeld beliebig an- und auszuschalten. Magnetische Halbleiter-Chips aus diesen Werkstoffen könnten in Zukunft gleichzeitig Daten verarbeiten und auch magnetisch speichern. Solche so genannten "Spintronics"-Elemente gelten als ein vielversprechender Ansatz für die Computerchips der Zukunft.

Iridiummanganarsenid heißt das ferromagnetische Material, in dem die einzelnen Manganatome als winzige Permanent-Magnete wirken. Über ein äußeres elektrisches Feld richteten die Forscher das magnetische Dipolmoment dieser Atome beliebig aus. Sind sie alle in eine Richtung orientiert, wird das gesamte Element magnetisch. Schaltet man das Feld ab und lässt man so die magnetischen Dipole sich beliebig ausrichten, heben sich die einzelnen Magnete in ihrer Wirkung auf und das Material wird wieder unmagnetisch (paramagnetisch).

Durch die Kombination von magnetischen und halbleitenden Eigenschaften könnte diese Legierung zusätzlich zu ihrem Einsatz in einem Prozessor theoretisch als magnetischer Datenspeicher analog zu der heutigen Festplattentechnologie nutzbar sein. Obwohl die Wissenschaftler noch nicht endgültig klären konnten, was für die Ausrichtung der einzelnen magnetischen Dipole verantwortlich ist, ist dies das weltweit erste Experiment, bei dem in einem Halbleiter ein Magnetfeld beliebig geschaltet werden kann. Bis solche "Spintronics"-Elemente aber in Computer eingebaut werden können, bedarf es noch weiter gehender Forschungen. Denn bisher klappte dieser Effekt nur bei rund minus 250 Grad Celsius und Schaltspannungen von etwa 125 Volt.

Magnetische Nanodrähte für riesige Massenspeicher entwickelt

Wissenschaftler der Universität von Massachusetts http://www.umass.edu haben eine neue Speichertechnologie entwickelt, die die heutigen DVDs weit in den Schatten stellen kann. Deutlich mehr als ein Terabit Daten würden damit auf eine Scheibe nicht größer als ein Fünfmarkstück passen. Die Forscher ordneten dazu magnetische Nanodrähte in eine Polymerschablone an.

Bis zu 25 Spielfilme in DVD-Qualität werden auf dieser Speicherdisk der Zukunft Platz finden. Dazu ließen die Wissenschaftler nur 14 Nanometer (milliardstel Meter) dicke Drähte aus Kobalt in einem wabenförmigen Gerüst kontrolliert wachsen. Durch diese bisher unerreichte dichte Packung von magnetischen Material kann die enorme Speicherkapazität erreicht werden.

Als Matrix diente ihnen ein Gerüst aus dem Kunststoff Polystyren. Nachdem dieser ultraviolettem Licht ausgesetzt wurde, entstand ein hauchdünner Film mit winzigen Poren. In diesen ließen die Forscher die mikroskopisch kleinen Drähte aus Kobalt während einer so genannten Elektrodeposition wachsen. Da diese innovative Fabrikationstechnologie relativ einfach zu handhaben ist, glauben die Forscher an ein großes Marktpotenzial im Bereich der beschreibbaren Massenspeicher. Auch könnten die winzigen Poren als Reaktorbehälter mit katalytischen Eigenschaften dienen.

10 TB-Speicherlösung: Daten werden in 10.000 Schichten gelagert

Der rumänische Wissenschaftler Eugen Pavel hat eine Speicherlösung für zehn TeraByte auf Basis einer Fluorescent Mulitlayer Disc (FMD) angekündigt. Dr. Pavel hat sein FMD-Laufwerk aus einem ursprünglich militärischen Projekt entwickelt und nennt seine Entwicklung „Hyper-CD-ROM“.

Im Gegensatz zu standardmäßigen CD-ROMs werden die Daten nicht nur an der Oberfläche der Glasscheibe gespeichert, sonder in mehr als 10.000 Schichten innerhalb des Glaskörpers. Die Scheibe ist dabei zehn Millimeter stark und hat einen Durchmesser von zwölf Zentimeter. Eine Hyper-CD-ROM hat nach Pavel eine Speicherkapazität, die vergleichbar mit zehn Mio. Büchern ist. Das Medium sei dabei sehr stabil, solange die Platte besteht, könne auch die gespeicherten Information gelesen werden, so Pavel. Er schätzt die Lebensdauer einer Glasplatte auf 5000 Jahre.

Die Technologie beruht auf der "kontrollierten Auslöschung von Fluoreszenz". Dafür wurde ein eigenes lichtempfindliches fluoreszentes Material entwickelt. Wird das Speichermedium bestrahlt, kommt es zu einer Veränderung in der Anordnung der Atome im fluoreszenten Material, die nach Pavel stabil und eindeutig erfassbar ist. Die Hyper-CD-ROM wird mit einem speziellen Mikroskop gelesen, das die Veränderungen im Material dreidimensional erfasst. Pavel hofft mit einer besseren dreidimensionalen Erfassung der einzelnen Atome, die Speicherkapazität auf das 100fache steigern zu können.

Der Entwickler von optischen Speicherlösungen Constellation 3D will ebenfalls ein FMD-Speichermedium mit bis zu 100 GB Kapazität auf den Markt bringen. Eine erste Version wurde Ende 2000 vorgestellt. Die Einführung der FMD sprengt alle Einschränkungen bestehender Datenspeicherungsformate. Je nach Anwendung und Marktbedarf speichert die erste Generation der 120 mm (CD-Größe) messenden FMD-ROM-Discs 50 bis 140 GigaByte aufgezeichneter Daten auf zwölf bis 30 Datenschichten mit einer Gesamtdicke von weniger als 2 mm. Im Vergleich dazu nimmt eine reguläre DVD (Digital Video Disc) nur 4,7 GByte auf. Mit der von C-3D entwickelten parallelen Lese- und Schreibtechnologie übersteigt die Geschwindigkeit der Datenübertragung 1 Gigabit/Sekunde, was ebenfalls von Anwendung und Marktbedarf abhängt.

Wiedergabesysteme für digitale Filme, HDTV (High Definition TV) und Personal Video Recorder, die über FMD mit einer Kapazität von 100 GByte verfügen, werden zur Zeit zusammen mit Branchenpartnern entwickelt und in den kommenden Monaten der Sende- und Filmbranche demonstriert. Die Systeme, die im kommenden Jahr in Stückzahlen zur Verfügung stehen werden, basieren auf der kostengünstigen Red-Laser-Technologie, die auch in modernen CD- und DVD-Systemen verwendet wird. Damit können CD- und DVD-Inhalte problemlos von den neuen FMD-Laufwerken wiedergegeben werden. C-3D entwickelt auch Wiedergabesysteme, die auf seiner scheckkartengroßen FMC Video „ClearCard“ mit einer Kapazität von 5 GByte pro Seite basieren.

An Speicherplatz wird es uns also auch in Zukunft nicht mangeln. Das sollte allerdings niemanden dazu verleiten, Bilddateien auf seinem Rechner nach dem Chaosprinzip abzulegen oder nicht das optimale Dateiformat zu verwenden.

Roland Dreyer

<Bildlegenden>

Bild <barracuda180.tif>

Stolze 180 GigaByte bietet die SCSI-Festplatte Barracuda 180 von Seagate. Dabei ist sie auch noch extrem leise.

Bild <NetForce NF 3200.tif>

Extrem hochverfügbare Speicherschränke mit Kapazitäten von mehreren TeraByte - hier das Modell NetForce 3200 von Procom mit 4,6 TB - sind heute selbstverständliche Komponenten in der IT-Landschaft.

Bild <hyper-cd.tif>

Mit 10 TeraByte setzt die etwa 1 cm dicke Glasscheibe der Hyper-CD (rechts unten) neue Maßstäbe bei den optischen Speichern.

Bild <fmd-diskdrive.tif>

Mit diesem Laufwerk für Fluorescent Multlayer Discs passen 100 GigaByte in die Jackentasche.

Bild <FMD-camera.tif>

Durch die mehrschichtige FM-Card von C-3D bekommen künftige Digitalkameras fünf GigaByte Speicherplatz.