Dyski przyszłości

W 1995 r. rozpoczęto realizację wspólnego projektu uniwersytecko-rządowo-korporacyjnego o wartości 32 mln USD. Celem było opracowanie „systemu holograficznego zapisu danych, zdolnego pomieścić 12-krotnie większą ilość danych niż dzisiejsze największe magnetyczne dyski twarde oraz obsługującego szybkości zapisu i odczytu danych 10-krotnie większe niż uzyskiwane aktualnie”.
Na świecie prowadzonych jest kilka projektów dotyczących zapisu holograficznego. Przyjrzymy się bliżej programowi systemu holograficznego zapisu danych HDSS (Holographic Data Storage System), który daje znaczące wyniki. 

Pamięci holograficzne

Uzyskanie olbrzymiej pojemności wymaga zastosowania techniki zwanej holografią. Pomysł ten zrodził się już w roku 1963, gdy jeden z pracowników firmy Polaroid – Pieter J. van Heerden zaproponował trójwymiarowy zapis danych. W chwili obecnej żadna z technologii oferujących pojemności rzędu setek GB i czas dostępu do dowolnego obszaru w granicach 100 (mikro)sekund nie jest tak bliska wejścia na rynek, jak właśnie holografia.

Zasada działania

Najistotniejszymi elementami układu zapisująco/odczytującego są dwie wiązki laserowe padające na nośnik pamięciowy, jakim jest kryształ niobianu litu (domieszkowany atomami żelaza). Jedna z nich – węższa – to tzw. wiązka sygnałowa. Zawiera ona dane, jakie mają być zachowane w krysztale. Wiązka druga – zwana referencyjną odpowiada za miejsce w krysztale, w którym dane przesyłane wiązką sygnałową mają być zachowane.

Warto wiedzieć, że w tego typu pamięciach nie istnieje pojęcie ścieżki danych. Pamięci holograficzne operują całymi stronami danych. Można sobie wyobrazić, że taki kryształek pokroimy na plasterki o grubości rzędu 100 (mikro)metrów każdy. Taki plasterek to właśnie strona danych przesyłanych przez wiązkę sygnałową. Zapis stronicowy daje olbrzymią korzyść – dużo szybszy czas dostępu do danych, które są odczytywane analogicznie do zapisu (całymi stronami) dzięki odpowiedniemu pozycjonowaniu wiązki referencyjnej.

Nośniki holograficzne

Najpopularniejszym, a raczej najpowszechniej stosowanym w laboratoriach nośnikiem danych był wspomniany już kryształ niobianu litu. Nie jest to jednak jedyna możliwa substancja pozwalająca na holograficzny zapis i odczyt danych. W 1994 firma DuPont wypuściła na rynek fotopolimer o obiecujących możliwościach. Najważniejszą innowacją jaką wnosił nowy materiał był fakt, że ów fotopolimer pod wpływem światła nie ulegał zmianom fotorefrakcyjnym (co ma miejsce w przypadku wzmiankowanego już kryształu) lecz przemianie chemicznej. Różnica polega na tym, że w przypadku fotorefrakcji, w krysztale dane są zapisywane poprzez odpowiednie rozdzielenie ładunków elektrycznych  w strukturze kryształu, daje to możliwość ich późniejszej neutralizacji (co oznacza skasowanie zapisu). Natomiast naświetlanie (zapis danych) fotopolimeru wywoływało nieodwracalną reakcję fotochemiczną, co oznacza, że materiał ten nadaje się wyłącznie do tworzenia pamięci stałych (ROM).

Olbrzymie pojemności

Warto zapoznać się też z niektórymi wynikami osiągniętymi przez naukowców w dziedzinie pamięci holograficznych. Np. w 1995 roku niejaki Pu z California Institute of Technology uzyskał gęstość zapisu 10 bitów na 1 (mikro)m^2(kwadratowy) dla dysku o powierzchni zwykłego krążka CD, lecz o grubości zaledwie 100 (mikro)m. Jeżeli zwiększy się grubość materiału holograficznego np. do ok. 1 mm, to gęstość zapisu powinna osiągnąć wartość 100 bitów/mikrometr kwadratowy. Taki dysk holograficzny byłby identyczny rozmiarami z dzisiejszymi CD, lecz oferowałby pojemność rzędu 65 GB.

Kolejnym nie mniej spektakularnym osiągnięciem są rezultaty prac naukowców wydziału fizyki University of Oregon. Udało im się zaobserwować w krysztale o nazwie Tm^3+:YAG następujące wyniki: podczas zapisywania 1760-bitowej sekwencji z szybkością 20 Mbit/s osiągnięto gęstość około 8 Gbit/cal kwadratowy zaś transfer danych z zapisanego już nośnika określono na poziomie 1 Gbit/s. Tak olbrzymie wartości osiągnięto jednak w dalekich od domowych warunkach (niskie temperatury, specjalne soczewki itp.)

Zastosowania

Firma Holoplex skonstruowała szybki układ pamięciowy przechowujący wzory linii papilarnych, stosowany we wszelkiego rodzaju systemach wymagających selektywnego dostępu. Co prawda pojemność tego układu jest mniejsza o połowę od zwykłej płyty CD, lecz całą pamięć można odczytać w ciągu jednej sekundy. Warto też wiedzieć, że użycie układów holograficznych pozwoli na szersze wykorzystanie kojarzeniowej natury zapisu holograficznego. Czy będziemy więc świadkami rewolucji na wielką skalę? Raczej nie, z przyczyn ekonomicznych, lecz bez względu na sytuację można się pocieszyć, że pamięci nie zginą, ich przyszłość to holografia.