Reklama

800 GB na jednej płycie - nośniki holograficzne

Nośnik potrafiący zapisać 800 GB? To nie problem. Napędy holograficzne w niedługim czasie wyprą z rynku wszystkie pozostałe formaty.

W czasach, gdy o schedę po DVD zaciekle walczą nowe formaty Blu-ray i HD DVD, na rynku pojawia się rozwiązanie, które w teorii pozwala na błyskawiczne zapisanie na niewielkim krążku nawet kilka terabajtów danych. Pierwszy napęd holograficzny, bo o nim mowa, właśnie trafił na sklepowe półki i choć na razie zamiast wydajnością, urządzenie to powala ceną, to warto mu się przyjrzeć bliżej. Przyszłość zapisu i odczytu danych to bowiem holografia!

Mówiąc holografia - myślimy zazwyczaj o filmach science-fiction, takich jak "Gwiezdne Wojny", gdzie mogliśmy podziwiać holograficzne, czyli trójwymiarowe projekcje bohaterów sagi. Motyw tak przedstawianej holografii przewija się przez różne hollywoodzkie produkcje, sprawiając, że samo rozwiązanie traktujemy jako wizję przyszłości, która zrealizować się może dopiero za wiele lat. Tak naprawdę jednak, już dziś prawie na każdym kroku mamy do czynienia z holografią.

Reklama

Kupując płytę kompaktową nawet nie zwracamy uwagi na mały, mieniący się różnymi kolorami kwadracik, będący niczym innym, jak właśnie holograficznym zabezpieczeniem potwierdzającym legalność zakupionego krążka. Podobne zabezpieczenia wykorzystywane są przy wytwarzaniu dowodów osobistych, spotkać je można na biletach, kartach płatniczych itp. Patrząc na taki hologram pod różnym kątem widzimy odmienne obrazy, które nie sposób powielić za pomocą powszechnie dostępnych urządzeń. Na tym właśnie polega siła takiego zabezpieczenia.

Zastosowania holografii są znacznie szersze niż tylko jako zabezpieczenie. Wirujące zwierciadła holograficzne są stosowane do przesuwania promienia laserowego po kodzie paskowym w kasach sklepów i domów towarowych. Obecnie powszechnie stosuje się ją także w medycynie i biologii oraz w informatyce.

Wielu już dziś uważa, że przyszłość stać będzie pod znakiem holografii. Trwają badania nad zastosowaniem tej techniki w trójwymiarowym filmie i telewizji. Bardzo zaawansowane są także prace nad wykorzystaniem holografii do zapisywania nawet terabajtów (tysięcy gigabajtów) danych na krążkach o wielkości porównywalnej z dzisiejszymi DVD. I ta dziedzina obecnie jest najbardziej interesująca z naszego punktu widzenia. Zanim jednak przybliżymy wam dyski HVD (Holographic Versatile Disc), wyjaśnijmy sobie, czym tak naprawdę jest holografia.

Jak to działa?

Gdy robimy tradycyjną fotografię, uwieczniamy jedynie dwuwymiarowy obraz tego, co obserwujemy. Klisza, czy też matryca aparatu, rejestruje intensywność padającego nań światła. Im więcej punktów takiego pomiaru, tym bardziej szczegółowy obraz. W przypadku holografii także "fotografujemy" dany obiekt, ale tym razem oprócz intensywności światła zapisana zostaje także faza fali świetlnej, czyli jej przesunięcie w stosunku do fali wyjściowej. By to zmierzyć, potrzebne są dwie wiązki światła, z których jedną skierujemy bezpośrednio na obiekt (fala obrazowa), którego obraz chcemy zapisać, a drugą (fala referencyjna) pokierujemy tak, by do materiału światłoczułego (kiedyś klisza fotograficzna, dziś różnorakie poliwęglany) dotarła na równi z pierwszą. Fala obrazowa w kontakcie z fotografowanym obiektem zmienia swoją amplitudę (natężenie światła) oraz fazę. Jej późniejsze zetknięcie się z falą referencyjną spowoduje, że na nośniku powstanie wzór interferencyjny, czyli zbiór jasnych i ciemnych prążków, będących efektem nałożenia się na siebie amplitud i faz obydwu fal.

W tej postaci zupełnie nie przypomina on sfotografowanego przedmiotu. Ale wystarczy, że powstały hologram ponownie oświetlimy wiązką lasera, by zbiór prążków przeobraził się w trójwymiarową fotografię określonego obiektu, a tym samym dostarczył nam wielokrotnie więcej informacji.

Warto wiedzieć, że pionierem prac w dziedzinie holografii był polski fizyk, profesor Mieczysław Wolfke. Już w 1920 roku opracował on jej teoretyczne podstawy, a nawet rozważał zastosowanie holografii do zapisu informacji. Dokładnie 27 lat później profesor Wolfke przeprowadził pierwsze próby zapisu i odtwarzania holograficznych obrazów. Niestety, w tamtych czasach brakowało źródeł emitujących wiązki światła spójne, a przy tym o ściśle określonej długości fali i dużej amplitudzie. Brakowało? lasera, który wynaleziono w 1960 roku. To dzięki laserom nastąpił gwałtowny rozwój holografii, a dziś prowadzone są już bardzo zaawansowane prace nad wspomnianymi krążkami HVD.

Zarówno CD i DVD, jak i nowe formaty Blu-ray oraz HD DVD także wykorzystują laser do zapisu danych. Wszystko polega jednak na wypalaniu w poliwęglanowym podłożu krążka mikroskopijnych wgłębień (pitów), które przedzielone płaskimi powierzchniami (landami) tworzą ścieżkę, odczytywaną potem przez ten sam laser jako ciąg zer i jedynek. Starsze rozwiązania bazują na laserze o kolorze czerwonym (o długości fali 650 nm), nowsze korzystają już z niebieskiego lasera (fala o długości zaledwie 405 nm), który pozwala na znacznie ciaśniejsze upakowanie jeszcze mniejszych pitów i landów. Takie rozwiązanie to zdobycze ewolucji, przypomina ono wdrażanie kolejnych, coraz bardziej zaawansowanych wymiarów produkcji procesorów.

Prędzej czy później natrafimy jednak na fizyczną barierę, uniemożliwiającą dalszą miniaturyzację (warto wiedzieć, że stosowana w napędach Blu-ray i HD DVD wiązka lasera to wszystko, do czego zdolna jest obecna technologia. Dalsze skrócenie długości fali świetlnej najczęściej wymaga już zastosowania laserów chemicznych lub gazowych, a coś takiego raczej nieprędko uda się zamknąć w niewielkiej obudowie i umieścić w komputerze lub odtwarzaczu).

Często postęp wymaga więc porzucenia dotychczasowej drogi i zastosowania nowego, rewolucyjnego rozwiązania. To dlatego twórcy procesorów już teraz pracują nad nowymi rozwiązaniami, takimi jak komputery kwantowe, organiczne czy też układy wykorzystujące zamiast elektronów, fotony czyli światło. Podobnym przeskokiem i prawdziwą rewolucją w dziedzinie zapisu danych jest właśnie wykorzystanie holografii do zapisu i odczytu danych. Zamiast bowiem wypalać na płytce zagłębienia, możemy na powierzchni niewiele większej niż pojedynczy pit zapisać kompletny obraz określonego obiektu, a tym samym nawet kilkaset razy zwiększyć pojemność krążków DVD. Dlaczego więc już dziś nie korzystamy z takich rozwiązań?

Duże problemy, ogromne możliwości

Zastosowanie holograficznego zapisu przysparza wiele problemów. Pierwszą trudnością, z którą musieli się uporać konstruktorzy takich urządzeń, to zmieszczenie w napędzie o wielkości standardowego czytnika CD/DVD odpowiedniego systemu umożliwiającego zastosowanie i odpowiednie pokierowanie obydwoma wiązkami światła.

Różne firmy w odmienny sposób uporały się z tym wyzwaniem. Jedne, tak jak InPhase, zastosowały płytkę światłodzielną, która zwyczajnie dzieli jedną wiązkę lasera na dwie, które potem prowadzone są po możliwie najkrótszej drodze do wspólnego celu, czyli światłoczułego podłoża, na którym zapisane zostaną informacje. Inne, takie jak firma Optware, w ogóle zrezygnowały z dzielenia światła lasera na dwie wiązki i zastosowały metodę polegającą na wygenerowaniu od razu dwóch identycznych promieni lasera o odpowiednio dobranej długości fali i drodze optycznej, tak, by ich interferencja, a więc zapis cyfrowych informacji nastąpił dokładnie na powierzchni nośnika (co ważne, wiązka sygnałowa i wiązka referencyjna są kierowane na dysk za pomocą jednego zestawu soczewek). Sposób ten nazywa się inaczej holografią współosiową, a jej podstawową zaletą jest brak konieczności zastosowania drogich i precyzyjnych luster, a tym samym jest ona zdecydowanie bardziej odporna na wszelkie drgania.

Następnie przyszedł czas na stworzenie mechanizmu, który pozwoli na zapisywanie danych w postaci zerojedynkowej, bo przecież takie dane przetwarzają komputery. Rozwiązanie tego problemu okazało się zaskakująco proste. Postanowiono mianowicie, by zamiast tradycyjnego przedmiotu, fotografować matrycę ciemnych oraz jasnych punktów, będących optycznymi odpowiednikami zer i jedynek. Z czasem taką matrycę zastąpiono kryształem LCD, który pozwala na wielokrotne uzyskiwanie dowolnych konfiguracji zer i jedynek, a tym samym na zapis pożądanej informacji.

Pozostawał jeszcze problem precyzyjnego umieszczenia pojedynczych obrazów na powierzchni niewiele większej niż znane z CD i DVD pity oraz landy. W tym celu zastosowano kolejny, tym razem już nie niebieski, a czerwony laser, którego zadaniem było adresowanie, czyli właśnie pozycjonowanie każdego holograficznego zapisu. Zastosowanie dwóch laserów (zapisujący i odczytujący dane oraz pozycjonujący) wymagało jednak stworzenia specjalnego mechanizmu, który zapobiega wzajemnemu rozpraszaniu się obydwu wiązek świetlnych. Sama płytka HVD (Holographic Versatile Disc) pokryta jest specjalną światłoczułą substancją, mogącą rejestrować obraz fotograficzny o dużej rozdzielczości. Teraz wystarczyło jedynie odpowiednie zminiaturyzować i maksymalnie uprościć cały mechanizm, tak by gotowe urządzenia mogły trafić do masowej produkcji.

Jeszcze więcej zalet

Zapis holograficzny oferuje nieosiągalną, bo wielokrotnie większą pojemność, niż nawet najbardziej zaawansowane, tradycyjne metody zapisu takie jak HD DVD czy Blu-ray. Już pierwsze 12-centymetrowe płytki holograficzne zdolne są, w przypadku technologii firmy Optware, do przechowania nawet 300 GB danych. Wykorzystująca niebieski laser technologia InPhase pozwala na uzyskanie podobnej pojemności, ale przy wykorzystaniu krążka o nietypowej średnicy 13 centymetrów.

Z czasem jednak, dokładnie jak ma to miejsce w przypadku obecnych nośników, rozwój takiej metody zapisu danych pozwoli na znacznie ciaśniejsze upakowanie hologramów, a tym samym wielokrotne zwiększenie pojemności nośnika. Wystarczy przypomnieć, że od czasów pierwszych płyt CD, firmom udało się na tyle zwiększyć poziom upakowania tradycyjnych pitów i landów, by pojemność takich krążków wzrosła nawet 70-krotnie dla dwuwarstwowych krążków Blu-ray.

Pojemność to jednak nie wszystko. Liczy się także prędkość zapisu i odczytu danych. Tutaj także mamy do czynienia z prawdziwym przeskokiem jakościowym. O ile bowiem w przypadku tradycyjnych nośników dane odczytywane są sekwencyjnie, bit po bicie, o tyle holografia pozwala nam na jednoczesne i natychmiastowe zapisanie i odczytanie wszystkich informacji o danym obiekcie.

Przy jednym błysku lasera otrzymamy więc wielokrotnie więcej informacji. W chwili obecnej prędkość przesyłania danych jest jeszcze mocno ograniczona przez małe możliwości urządzeń odczytujących. To dlatego, wprowadzone właśnie do sprzedaży, urządzenia firmy InPhase są w stanie pracować z prędkością zaledwie 20 MB/s, czyli porównywalną do tradycyjnych napędów DVD x16. W dalszej perspektywie InPhase obiecuje urządzenia zdolne do odczytu danych z prędkością 250 Mbps, co ponad 20-krotnie przekracza możliwości najszybszych czytników DVD. Firma Optware zapowiada jeszcze szybsze napędy, które docelowo mają odczytywać dane nawet z szybkością 1 Gbps!

Bardzo interesującą cechą hologramów jest także ich nielokalność. Oznacza to, że podczas odczytu, nawet w przypadku oświetlenia tylko fragmentu hologramu, uzyskamy pełną informację na temat całego obiektu. Co więcej, w przypadku uszkodzenia nawet znacznej części hologramu odczytane informacje dalej będą w stu procentach poprawne, a tym samym zbędne się stają rozbudowane mechanizmy korekcji błędów.

W przypadku pocięcia hologramu na kawałki możemy z pojedynczego takiego skrawka odzyskać całą informację (stąd pochodzi sama nazwa holografia - zestawienie greckich słów holos "całość" i grapho "piszę"). Dzieje się tak dlatego, iż każdy punkt na ekranie odebrał światło ze wszystkich części fotografowanego obiektu. Tyle, że im mniejszy będzie ów pojedynczy skrawek, tym uzyskamy mniej szczegółowe informacje o całym sfotografowanym obiekcie. W przypadku zapisywania danych w postaci zerojedynkowej możemy sobie jednak pozwolić na bardzo duży stopień miniaturyzacji.

Holografia tuż za rogiem?

Już dziś możemy kupić pierwszy napęd holograficzny firmy InPhase. Urządzenie o nazwie Tapestry HDS-300R kosztuje, bagatela, 18 tysięcy dolarów, a odpowiedni holograficzny krążek produkcji Hitachi Maxwell o grubości zaledwie 1,5 mm i średnicy 5 cali pozwalający na zapisanie do 300 GB danych kosztuje 180 dolarów. W przyszłym roku do sprzedaży trafić ma druga generacja urządzeń i nośników, tańsza i pozwalająca na zapisanie nawet 800 GB danych. W 2010 roku ma to być już 1,6 TB, a rok później dostępne mają być także pierwsze urządzenia firmy InPhase, zdolne nie tylko do odczytu, ale także i zapisu krążków holograficznych. Pierwsze napędy firmy Optware i odpowiednie krążki, a także, co ciekawe, i karty (HVC - Holographic Versatile Card) w sprzedaży pojawić mają się niebawem. Jak zapewnia producent, będą tańsze i szybsze niż rozwiązania InPhase.

To, że na rynku pojawiają się pierwsze, w pełni funkcjonalne napędy holograficzne nie oznacza jednak, że holografia prędko trafi pod strzechy. Ich twórcy muszą bowiem znacznie obniżyć koszty produkcji, a nie będzie to takie proste. Ceny nie będą więc spadać tak szybko, jak w przypadku pierwszych napędów CD czy DVD. Oznacza to, że holografia nie wybawi nas z problemu wyboru pomiędzy formatami HD DVD i Blu-ray i musi minąć jeszcze co najmniej kilka lat, zanim będzie nas stać na zakup takiego urządzenia. Co więcej, szacuje się, że holograficzny zapis i odczyt na masową skalę upowszechni się dopiero w latach 2012 do 2015. Wtedy też możemy spodziewać się zupełnie nowych formatów kodowania filmów, które zaoferują nam niespotykaną dotąd jakość obrazu i dźwięku. I może oglądać je będziemy już na holograficznych ekranach. Ale o tym już przy następnej okazji.

Krzysztof Wierzbicki

PCArena.pl

Reklama

Reklama

Reklama

Reklama

Reklama

Strona główna INTERIA.PL

Polecamy

Dziś w Interii

Raporty specjalne

Rekomendacje