硬盘正接近其发展的极限,并且随着时间的流逝,影片变得越来越好。

金融机构要求公司存储更多的数据和更长的时间。 与上
一年相比,
每年必须存储的数据量
增长了30%到40%。 硬盘驱动器的容量也在增长,但增长速度只有一半。 幸运的是,所有这些信息都不需要即时访问,因此胶卷是解决问题的极好方法。
总的来说,世界上很多信息都存储在磁带上:有关粒子物理学的科学数据,天文数据,国家档案,文化遗产,
大多数电影 ,银行数据等等。 有些专业人员(材料专家,工程师,物理学家)的工作是改善胶片上存储数据的方法。
几十年来,电影的发展不亚于硬盘或晶体管。 用于以数字形式存储信息的第一部影片-IBM
726型 -每卷可以存储1.1 MB。 如今,一个线圈能够存储15 TB的数据,而一个自动胶片存储则可以达到278 PB。
当然,影片不允许像硬盘驱动器或半导体存储器一样快地读取信息。 但是她有自己的优势。 胶片是节能的:如果已经记录了数据,则胶片不需要电源来存储它。 胶片是可靠的:写入或读取时发生错误的概率比硬盘驱动器低4-5个数量级。 胶片是安全的:与通常永久连接到计算机的磁盘不同,带卷轴的盒式磁带可以在不连接设备的情况下进行存储,从而可以防止入侵者读取或修改胶片上的数据或防止人为因素造成的错误。
2011年,由于
Google服务器软件错误
,他不小心删除了40,000个邮箱中的邮件。 硬盘驱动器上的所有备份都被删除,因为一个错误的操作将它们串连在一起,但是从磁带中恢复了这些字母。 发生此事件之后,首次得知Google在磁带上进行备份,然后微软确认其云服务Azure
使用IBM电影设备 。
磁带于1951年首次用于记录Univac计算机数据。在胶片上存储数据的成本比在硬盘上便宜6倍,因此在涉及大量信息时,随处可见。 由于这部电影几乎已经从消费市场上消失了,所以大多数人都不知道它的发展速度如何,并在可预见的将来会发展。
这部电影幸免于难,因为随着时间的流逝它可以忽略不计且便宜。 我们可以假设,由于硬盘上记录数据的压缩消失了,因此电影也是如此,因为它使用的技术大致相同(仅旧技术)。 就像“摩尔定律”,但是用于磁性膜的。 事实并非如此:多年来,胶片上的录音压缩率并未下降,但仍保持每年33%左右。 即,大约每2-3年发生一次记录在胶片上的数据量加倍。
从物理上讲,在硬盘和胶片上进行记录的技术是相同的:数据记录在窄磁道中的磁化表面上,在磁道上切换极性。 信息以位序列记录。 自从50年代胶片和硬盘驱动器问世以来,这两家公司的制造商一直在追求更高的密度,速度和更低的成本,因此,每千兆字节的存储成本降低了几个数量级。 由于他们试图降低生产成本的事实,每平方毫米的记录密度增加了。
显然,生产磁性介质的公司获得的研发资金越多,这些介质的进步就越大。 现在,在最先进的硬盘驱动器上,您可以记录的信息比在同一胶卷区域上的记录多100倍。 但是,由于卷轴中胶片上有更多的此区域,因此
最多可以放置
15 TB的数据 ,这比市场上现有的任何磁盘上的
数据都要多。 同时,带有胶片卷轴的暗盒和硬盘驱动器的尺寸大致相同。
外部和内部:一个现代化的墨盒包含一个线圈。 在安装了暗盒后,胶片将自动送入读取器或写入器。除了容量外,胶片和硬盘驱动器还有另一个区别:访问数据的速度。 线圈中有几百米长的磁带,平均数据访问时间为50到60秒。 对于硬盘驱动器,此时间为5到10毫秒。 但是,磁带上的记录速度是原来的两倍。
近年来,光盘压缩记录的速度从每年40%降低到15%。 原因是基础物理学。 要在同一区域中记录更多数据,需要减少用于记录每个位的区域。 结果,这降低了读取数据时的信号强度。 如果信号强度降低太多,它可能会与覆盖磁盘表面的相邻磁性颗粒发出的磁性噪声混合在一起。 通过使颗粒本身更小可以降低噪音。 但是,那时颗粒已经很小,几乎不能稳定地保持其磁化状态。 已经实现了适用于磁记录的最小粒度;在专业领域,这被称为
超磁
极限 。
直到最近,这种限制的实现对于消费者仍然是看不见的,因为制造商增加了用于在容器内部进行读写的额外磁盘和磁头,从而使硬盘驱动器的大小相同但更大。 但是,现在已经很难在容器内添加更多磁盘,以保持其大小,因此限制变得更加明显。
有一些在磁性表面上进行记录的方法,理论上可以克服超磁限制。 该
记录,伴随着对颗粒的加热 ,以及
微波记录 。 但是在工程和财务方面是困难的。 Western Digital已宣布采用微波记录方法的硬盘驱动器,
计划于2019年发布 。 这种创新有望保持创纪录的每年约15%的压实率。
同时,胶片上的存储仍远未达到超磁性极限,因此,胶片可以发展数十年而不会依赖其“摩尔定律”和基本物理学的限制。
这部电影很狡猾。 更换记录设备中带有线圈的盒式磁带,稀薄的聚合物材料,在32条磁道上并行记录-所有这些都给信息载体的设计带来了困难。
2015年,IBM与
FujiFilm Corporation合作发现,当使用
垂直于薄膜表面的超小钡铁氧体磁性粒子
进行记录时,密度可达到其他技术的12倍。 而且在2017年,与
索尼合作,可以实现比最现代的磁带机高20倍的密度。 例如,在未来,电影公司将允许将高预算电影的所有材料存储在一个卷轴上,而不是一打。
数据泛滥:现代电影存储包含数百PB的数据,1952年推出的IBM 726模型只能存储几兆字节。为了实现这一进步,工程师调整了读写头,使其沿着胶片上非常狭窄的轨道移动(宽度约100纳米)。 另外,有必要使读取头变窄-约50纳米宽。 读取时,信噪比也降低了,因此我不得不控制磁化颗粒的大小和位置以及薄膜表面的光滑度,以及改善信号处理和读取错误。
为了确保数十年来记录数据的可靠性,工程师们开发了新的记录头,该记录头产生的磁场要比传统的记录头强得多。
结合所有这些发展,IBM工程师设法实现了每线性英寸818,000位的记录密度(这种密度测量在历史上一直在发展)。 新技术使246,200条记录轨道可以容纳在一英寸上,并为每平方英寸201吉比特提供了空间。 每卷带1140米胶片的暗盒可以存储330 TB的信息。 这可以与整个硬盘驱动器进行比较。
包括惠普,IBM,甲骨文,昆腾和几个研究小组在内
的存储行业联盟在2015年发布了有关胶片存储开发计划的文档。 根据该协会的预测,到2025年,每平方英寸的记录密度将增加到91 GB,到2028年将增加到200 GB。
该文档的作者对这种乐观的预测很感兴趣,但这是很现实的。 IBM实验室表示,在未来十年内,每平方英寸200 GB的存储是可行的目标。
这部电影是信息的载体,《摩尔定律》将紧随其后。 因此,在未来几年中,与硬盘驱动器相比,将数据存储在磁带上的好处将会增加。
这篇文章的作者Mark Lanz 在苏黎世的IBM实验室担任经理,处理胶片上存储数据的问题。
该文章最初以印刷形式发表,标题为“ Tape Storage Mounts a Comeback”,然后发表在IEEE Consortium网站上 。 翻译使用原始文章中的照片。