Merevlemez kapacitáskorlát nélkül

Jön a lézerrel melegített és az ezerlábú A Föld lakossága évente fejenként 800 megabájtnyi adatot „termel” és tárol a számítógépek merevlemezén. A növekvő igények kielégítését az eszköz méretének csökkenésén túl új módszerek is segítik, amelyekkel átléphetOEk az eddig kőbe vésettnek tűnő adattároláskapacitási korlátok.

Az első mágneses elvű, az adatokat korong alakú hordozóra rögzítő berendezést ötven éve fejlesztették ki az IBM kaliforniai kutatólaboratóriumában. A Random Access Method of Accounting and Control (RAMAC) elnevezésű periféria nagyjából 60 centiméteres korongokat alkalmazott, a 15 darab tányért mágnesezhető (vasoxidos) festékkel vonták be. Az eszköz 5 megabájtnyi (Mb) adatot tudott tárolni (összehasonlításul: egy CD-n 700 Mb, egy DVD-n 4,7 gigabájt (Gb), egy asztali számítógép merevlemezén 80–160 Gb fér el). A lemezekre az információkat egy mechanikus karral mozgatott író-olvasó fej vitte fel. Nem volt lassú: egy meghatározott adatot képes volt egyetlen másodpercen belül megtalálni és beolvasni.
A RAMAC-nak csak a működési mechanizmusa hasonlított a mai merevlemezekhez (hard disk drive, HDD). A közel egytonnás tömegű készüléket 35 ezer dollárért (nagyjából 15 új autó akkori áráért) adták. Maga az elv azonban valóban ugyanaz volt, amit a merevlemezek ma is használnak: a mágneses adatrögzítés és a véletlenszerű (erre utal a névben a Random Acces Method) hozzáférési mód, azaz a korábbi lyukkártyától eltérő, nem lineáris adatkeresés.
Az első eszközt, amelyet már winchesternek neveztek, szintén az IBM mutatta be 1973-ban – ebben két darab 30 Mb-os tányér pörgött zárt dobozban, és 1,7 megabitnyi adatmennyiség fért el egy négyzethüvelyknyi területen (a megabit/négyzethüvelyk ma is az adattárolási kapacitás egyik általános mérőszáma – a másik az adatelérés sebessége megabájt/másodpercben megadva).
Az egy gigabájtos (Gb) tárolási határt 1982-ben a Hitachi lépte át. Tíz darab 35 centiméteres átmérőjű lemezzel a belsejében ez a HDD még mindig több mint 50 kilogrammot nyomott, ami nyilvánvalóan nem felelt meg a mai személyi számítógépek követelményeinek. Azokba az IBM gyártott először HDD-t: a 63 Mb kapacitású Tanba-1 nevű merevlemez 2,5 hüvelykes tányérokkal csupán 215 gramm volt.
  A merevlemez-evolúció azóta is ezt az utat járja: a méret csökken (a számítógépekben ugyan továbbra is 2,5 hüvelykes lemezek forognak, többnyire 7200 fordulat/perc sebességgel, de léteznek egyhüvelykes, azaz 2,5 centiméteres átmérőjű változatok is, amelyeket például zenelejátszókban, illetve mobiltelefonokban használnak), a tárolókapacitás és a sebesség pedig nő. Szükség is van rá, hiszen a Föld több mint 6,5 milliárd lakosa évente fejenként 800 Mb-nyi adatot „termel”, ami 276 terabájt tárhelyet igényel. A hatalmas adatmennyiség több mint 90 százaléka pedig merevlemezeken pihen.

Kilencvenfokos fordulat
Csakhogy a technológia adattárolási képességei korántsem korlátlanok. A 90-es évek elején a személyi számítógépekhez még 10–20 Mb tárolókapacitású merevlemez járt, ma ennek a tízszerese a megszokott, de az 500 Gb sem ritkaság. Ezt túllépni nehéz. A Hitachi Global Storage Technologies leánycége 2005 áprilisában mutatta be a merőleges adatrögzítést alkalmazó merevlemez prototípusát. Ebben 233 gigabitnyi (8 bit = 1 bájt) adat fér el egy négyzethüvelyknyi területen. A sűrítést lehetővé tevő ötlet egyszerű: az adatcsomagok alapesetben a lemez felszínével párhuzamosan helyezkednek el, a merőleges adatr ö g z í t é s során pedig arra merőlegesen. A különbség annyi, mintha egy marék szöget egyszerűen szétszórunk, vagy a fejére állítva helyezünk el egy tálcán – nyilvánvaló, hogy az utóbbi változatnál tudunk több szöget a tálcára rakni.
A mintegy tízszeres adatsűrűség- növekedést jelentő új metódus bevezetését elsősorban a hordozható készülékek (laptopok, kézi számítógépek stb.) igényei sürgették. Tavaly már öt nagy gyártó alkalmazta, megnövelve (de nem megsokszorozva: az átlagos 100- ról 150 gigabit/négyzethüvelykre bővítve) az adatsűrűséget. Összességében akár 500–1000 gigabit/ négyzethüvelykes adatsűrűség is elérhető lesz a változással, azaz – előreláthatóan 2008 körül – megjelenhetnek a terabájtos (1 Tb = 1000 Gb) kapacitású merevlemezek. Várhatóan 2011 körül ez az új megoldás is eléri a lehetőségek határát. Közben a tárolás fajlagos költsége folyamatosan csökken: jelenleg az 1 dollár/Gb környékén tartunk, ami hatalmas ugrás az 5000 dollár/Mb induló értékhez képest.

Hely-, méret- és hőkorlátok
Az elmúlt évtizedben évente nagyjából megduplázódó kapacitásnövekedést két módon lehetett elérni: a korongok számának növelésével és az egyes korongokon az adatsűrűség fokozásával. Mindkettőnek fizikai korlátai vannak: az adott méretű hely a számítógépházban, illetve a mágnesezhető részecskék mérete és az olvasófejek olvasási képessége. A nagyon kis helyre összezsúfolt információk időállósága is veszélybe kerül: a merevlemez működése során keletkező hő hatására az adatok mágnesesen instabillá válnak, azaz módosulhatnak vagy törlődhetnek.

Elérték a terabájtot
A Fujitsu nemrég olyan technológiát mutatott be, amellyel máris elérhető a Tb-os nagyságrend. A heat-assisted magnetic recording (HAMR) megoldással négyzethüvelykenként 1 Tb is tárolható, ezzel pedig akár 5 Tb-os merevlemezt is létre lehet hozni. A Seagate cég szerint akár 50 terabit/négyzethüvelyk adatsűrűség is elérhető a technológiával. Az eljárás hasonló a merőleges adatrögzítéshez, de annál hatékonyabb, a sűrűség felső határa itt már százszorosa a hagyományos merevlemezekének. A megszokott hordozórétegnél stabilabb felületet használnak, és az adott bitsorozatot az írás előtti lézeres felmelegítést követően rögzítik. Az írás után a lehűlés stabilizálja a rögzített mágneses jelet. A fejlesztők szerint még legalább 3–5 évnyi munkára van szükség az első HAMR rendszerű HDD piaci megjelenéséig.
Nagyjából kétévnyi idő kell egy másik ígéretes fejlesztési irány beéréséhez. Az IBM-es hátterű Millipede (ezerlábú) technológiát a digitális világ legnagyobb kiállításán, a CeBIT-en 2005-ben mutatták be. A mai merevlemez-technológiáktól jelentősen elrugaszkodó eszközzel szintén elérhető az 1 terabit/négyzethüvelykes álomhatár. A Millipede-ben az információhordozó egy speciális polimer film, amelybe mikroszkopikus méretű, felhevített tűk mélyítik bele az adattartalomnak megfelelő mintázatot (egyetlen gyerekkörömnyi memóriapanelben több mint 4000 forró tű írja az adatokat, az olvasást pedig ugyanezen – időközben lehűlt – tűk végzik). A polimer újbóli felhevítésével az adatok törlődnek, vagyis a felület akárhányszor újraírható.
A köztes időszakban nagy jövőt jósolnak a szakértők az olyan hibrid technológiáknak, mint amilyennel a Seagate rukkolt elő. A vállalat saját flashmemóriával rendelkező winchesterek gyártásába kezdett (szintén merőleges adatrögzítési módszerrel). A flashmemória révén egyrészt sokkal gyorsabbá válik az adatelérés (mintha csak egy jóval nagyobb kapacitású HDD-t használnánk), másrészt egyes alkalmazások futtatása közben a lemez pörgetése akár le is állhat, amivel rengeteg energia megtakarítható.