Festplatten stoßen an die Grenzen ihrer Entwicklung, und der Film wird mit der Zeit immer besser.
Finanzinstitute verpflichten Unternehmen, mehr Daten und einen längeren Zeitraum zu speichern. Die Datenmenge, die gespeichert werden muss,
wächst im Vergleich zum Vorjahr
jedes Jahr um 30 bis 40 Prozent. Die Kapazität von Festplatten wächst ebenfalls, jedoch mit der Hälfte der Geschwindigkeit. Glücklicherweise erfordern all diese Informationen keinen sofortigen Zugriff, sodass Film eine hervorragende Lösung für das Problem darstellt.
Im Allgemeinen werden viele Informationen auf der Welt auf Band gespeichert: wissenschaftliche Daten zur Teilchenphysik, astronomische Daten, nationale Archive, kulturelles Erbe, die
meisten Filme , Bankdaten usw. Es gibt Fachleute (Materialspezialisten, Ingenieure, Physiker), deren Aufgabe es ist, die Methoden zum Speichern von Daten auf Film zu verbessern.
Im Laufe der Jahrzehnte hat sich der Film nicht weniger als Festplatten oder Transistoren entwickelt. Der erste Film zum Speichern von Informationen in digitaler Form -
das IBM-
Modell 726 - könnte 1,1 MB pro Rolle speichern. Heute kann 1 Spule 15 Terabyte Daten speichern, und ein Roboterfilmspeicher ist 278 Petabyte groß.
Natürlich erlaubt der Film nicht das schnelle Lesen von Informationen wie Festplatten oder Halbleiterspeicher. Aber sie hat ihre eigenen Vorteile. Der Film ist energieeffizient: Wenn die Daten bereits aufgezeichnet wurden, benötigt der Film keinen Strom, um sie zu speichern. Der Film ist zuverlässig: Die Fehlerwahrscheinlichkeit beim Schreiben oder Lesen ist um 4-5 Größenordnungen geringer als bei Festplatten. Der Film ist sicher: Im Gegensatz zu Festplatten, die normalerweise permanent an einen Computer angeschlossen sind, können Kassetten mit Rollen ohne Anschluss an Geräte gespeichert werden, wodurch Daten auf dem Film vor dem Lesen oder Ändern durch Eindringlinge oder vor Fehlern aufgrund menschlicher Faktoren geschützt werden.
Im Jahr 2011
löschte er aufgrund eines Softwarefehlers auf
Google- Servern
versehentlich E-Mails in 40.000 Postfächern. Alle Sicherungen auf Festplatten wurden gelöscht, da sie in einer Kette fehlerhaft ausgeführt wurden, die Buchstaben jedoch vom Band wiederhergestellt wurden. Nach diesem Vorfall wurde zum ersten Mal bekannt, dass Google Backups auf Band erstellt, und Microsoft bestätigte dann, dass der Cloud-Dienst Azure
IBM Filmgeräte
verwendet .
Das Magnetband wurde erstmals 1951 zur Aufzeichnung von Univac-Computerdaten verwendet.Das Speichern von Daten auf Film ist sechsmal billiger als auf Festplatten. Daher wird es überall verwendet, wenn es um große Informationsmengen geht. Da der Film fast vom Verbrauchermarkt verschwunden ist, wissen die meisten nicht, wie schnell er sich entwickelt und in absehbarer Zukunft entwickeln wird.
Der Film hat überlebt, weil er im Laufe der Zeit vernachlässigbar und billiger ist. Da die Komprimierung der Datenaufzeichnung auf Festplatten verschwindet, kann davon ausgegangen werden, dass dies auch für den Film gilt, da ungefähr dieselbe Technologie verwendet wird (nur die ältere). Es ist wie "Moores Gesetz", aber für einen Magnetfilm. Dies ist jedoch nicht der Fall: Im Laufe der Jahre nimmt die Verdichtungsrate von Filmaufnahmen nicht ab, sondern liegt weiterhin bei rund 33% pro Jahr. Das heißt, die Verdoppelung der auf dem Film aufgezeichneten Datenmenge erfolgt ungefähr alle 2-3 Jahre.
Physikalisch ist die Technologie zum Aufzeichnen auf Festplatten und Filmen dieselbe: Daten werden auf einer magnetisierten Oberfläche in schmalen Spuren aufgezeichnet, auf denen die Polarität umgeschaltet wird. Informationen werden in einer Folge von Bits aufgezeichnet. Seit dem Aufkommen von Filmen und Festplatten in den 50er Jahren streben die Hersteller nach mehr Dichte, Geschwindigkeit und niedrigen Kosten, sodass die Speicherkosten in Dollar pro Gigabyte um Größenordnungen gesunken sind. Aufgrund der Tatsache, dass sie versuchen, die Produktionskosten zu senken, steigt die Aufzeichnungsdichte pro Quadratmillimeter.
Je mehr Mittel für Forschung und Entwicklung von Unternehmen erhalten werden, die magnetische Medien herstellen, desto mehr Fortschritte machen diese Medien. Jetzt können Sie auf den fortschrittlichsten Festplatten 100-mal mehr Informationen aufnehmen als auf demselben Filmbereich. Da dieser Bereich auf dem Film in der Rolle selbst viel größer ist, werden
bis zu 15 TB Daten darauf abgelegt, mehr als auf allen auf dem Markt befindlichen Festplatten. Gleichzeitig sind die Abmessungen der Kassette mit der Filmrolle und der Festplatte ungefähr gleich.
Außen und innen: Eine moderne Patrone enthält eine Spule. Nach der Installation der Kassette wird der Film automatisch einem Lesegerät oder einem Schreibgerät zugeführt.Neben der Kapazität haben Film und Festplatten einen weiteren Unterschied: die Geschwindigkeit des Zugriffs auf Daten. In den Spulen befinden sich mehrere hundert Meter lange Magnetbänder, die durchschnittliche Datenzugriffszeit beträgt 50 bis 60 Sekunden. Bei Festplatten beträgt diese Zeit 5 bis 10 Millisekunden. Die Aufnahmegeschwindigkeit auf dem Band ist jedoch doppelt so hoch.
In den letzten Jahren hat sich das Tempo der Aufzeichnung der Verdichtung auf Discs von 40% auf 15% pro Jahr verringert. Der Grund ist die grundlegende Physik. Um mehr Daten in demselben Bereich aufzuzeichnen, müssen Sie den Bereich für die Aufzeichnung jedes Bits verkleinern. Infolgedessen wird die Signalstärke beim Lesen von Daten verringert. Wenn die Signalstärke zu stark verringert wird, kann sie sich mit magnetischem Rauschen benachbarter magnetischer Körnchen vermischen, die die Oberfläche der Platte bedecken. Lärm kann reduziert werden, indem das Granulat selbst kleiner gemacht wird. Aber dann ist das Granulat schon so klein, dass es seinen Magnetisierungszustand kaum stabil halten kann. Die kleinste für die magnetische Aufzeichnung geeignete Granulatgröße wurde bereits erreicht, im professionellen Bereich wird sie als
supermagnetische Grenze bezeichnet .
Bis vor kurzem blieb das Erreichen dieser Grenze für die Verbraucher unsichtbar, da die Hersteller zusätzliche Datenträger und Köpfe zum Schreiben und Lesen in das Innere des Behälters einfügten, wodurch die Festplatte dieselbe Größe, aber größer machte. Jetzt ist es jedoch bereits schwierig, mehr Festplatten in den Behälter zu legen, wobei die Größe erhalten bleibt, sodass die Grenze deutlicher wird.
Es gibt alternative Methoden zur Aufzeichnung auf einer magnetischen Oberfläche, die theoretisch die supermagnetische Grenze überschreiten können. Diese
Aufzeichnung, begleitet von Erhitzen des Granulats und
Mikrowellenaufzeichnung . In technischer und finanzieller Hinsicht ist dies jedoch schwierig. Western Digital hat eine Festplatte mit Mikrowellenaufzeichnungsmethode angekündigt, die
2019 veröffentlicht werden soll . Für eine solche Innovation wird eine Rekordverdichtungsrate von rund 15% pro Jahr erwartet.
Gleichzeitig ist die Speicherung auf dem Film noch weit davon entfernt, die supermagnetische Grenze zu erreichen. Daher kann sich der Film jahrzehntelang entwickeln, ohne sich auf sein „Moore'sches Gesetz“ und die Grenzen der Grundphysik zu stützen.
Der Film hat eine listige Natur. Patronenwechsel mit Spulen in Aufzeichnungsgeräten, dünnem Polymermaterial, paralleler Aufzeichnung auf 32 Spuren - all dies führt zu Schwierigkeiten beim Design dieses Informationsträgers.
Im Jahr 2015 entdeckte IBM in Zusammenarbeit mit der
FujiFilm Corporation
, dass bei der Aufnahme mit
ultrakleinen magnetischen Bariumferritpartikeln
senkrecht zur Filmoberfläche eine 12-mal höhere Dichte als bei anderen Technologien erzielt werden kann. In Zusammenarbeit mit
Sony konnte 2017 eine 20-mal höhere Dichte als bei den modernsten Bandlaufwerken erreicht werden. In Zukunft können Filmunternehmen beispielsweise das gesamte Material eines High-Budget-Films auf nur einer Rolle anstatt auf einem Dutzend speichern.
Überflutung mit Daten: Moderne Filmspeicher enthalten Hunderte von Petabyte an Daten, und das 1952 eingeführte Modell 726 von IBM konnte nur einige Megabyte speichern.Um diesen Fortschritt zu erzielen, haben die Ingenieure die Köpfe zum Lesen und Schreiben so angepasst, dass sie sich auf extrem schmalen Spuren des Films bewegen - etwa 100 Nanometer breit. Außerdem mussten die Leseköpfe schmaler gemacht werden - etwa 50 Nanometer breit. Beim Lesen nahm auch der Signal-Rausch-Pegel ab, so dass ich die Größe und Position des magnetisierten Granulats und die Glätte der Filmoberfläche manipulieren sowie die Signalverarbeitung und Lesefehler verbessern musste.
Um die Zuverlässigkeit der aufgezeichneten Daten über Jahrzehnte zu gewährleisten, haben Ingenieure neue Aufzeichnungsköpfe entwickelt, die viel stärkere Magnetfelder als herkömmliche erzeugen.
Durch die Kombination all dieser Entwicklungen gelang es den IBM Ingenieuren, eine Aufzeichnungsdichte von 818.000 Bit pro linearem Zoll zu erreichen (eine solche Dichtemessung hat sich in der Vergangenheit entwickelt). Die neue Technologie ermöglichte es 246.200 Aufnahmespuren, auf einen Zoll zu passen, und bot Platz für 201 Gigabit pro Quadratzoll. Eine Kassette mit 1140 Metern Film pro Rolle kann 330 Terabyte an Informationen speichern. Dies kann mit einem ganzen Wagen mit Festplatten verglichen werden.
Ein Konsortium der Speicherbranche , zu dem HP, IBM, Oracle, Quantum und mehrere Forschungsgruppen gehören, veröffentlichte 2015 ein Dokument über Pläne für die Entwicklung des Filmspeichers. Nach der Prognose des Konsortiums wird die Aufzeichnungsdichte pro Quadratzoll bis 2025 auf 91 Gigabyte und bis 2028 auf 200 Gigabyte steigen.
Die Autoren des Dokuments sind professionell an einer solchen optimistischen Prognose interessiert, aber es ist ziemlich realistisch. Laut IBM Labs sind 200 Gigabyte pro Quadratzoll ein realisierbares Ziel für das nächste Jahrzehnt.
Der Film ist ein Informationsträger, auf den das „Mooresche Gesetz“ zuletzt drängen wird. Daher werden die Vorteile des Speicherns von Daten auf Band im Vergleich zu Festplatten in den kommenden Jahren zunehmen.
Der Autor des Artikels, Mark Lanz, arbeitet als Manager in einem IBM-Labor in Zürich und beschäftigt sich mit Problemen beim Speichern von Daten auf Film.
Der Artikel wurde ursprünglich in gedruckter Form unter der Überschrift „Tape Storage Mounts a Comeback“ veröffentlicht und anschließend auf der Website des IEEE Consortium veröffentlicht . Die Übersetzung verwendet Fotos aus dem Originalartikel.