Магнитная лента как носитель информации

Магнитная лента

Устройства для записи звука и видео на магнитную ленту называются соответственно магнитофон и видеомагнитофон. Устройства для хранения компьютерных данных на магнитной ленте называется стример.

Магнитная лента произвела революцию в вещании и записи. Вместо прямых эфиров в телевизионном и радиовещании стало возможным производить предварительную запись программ для последующего воспроизведения. Первые многодорожечные магнитофоны позволяли производить запись на несколько раздельных дорожек от различных источников, а затем впоследствии сводить их в конечную запись с наложением необходимых эффектов. Также развитию компьютерной техники послужила возможность сохранения данных на длительный период с возможностью быстрого доступа к ним.

Некоторые разновидности магнитных лент, изготовленные в 1970—1980-х годах подвержены деградации. Деградация обусловлена разрушением связующего ленты, в результате чего её использование становится невозможным.

Связанные понятия

Упоминания в литературе

Связанные понятия (продолжение)

Не следует путать с Компонентным видеоКомпози́тное ви́део — полный цветной аналоговый видеосигнал в исходной полосе видеочастот, передаваемый без звукового сопровождения по одному каналу (кабелю). По ГОСТ 21879—88 понятию англ. Composite Video Signal соответствует полный видеосигнал, содержащий сигнал синхронизации. В аналоговом цветном телевидении стандартной чёткости композитным видеосигналом называют полный цветной телевизионный сигнал (ПЦТС) стандартов PAL, SECAM или NTSC.

Не следует путать с Композитным видеоКомпонентное видео — способ раздельной передачи цветного видео по двум и более каналам (кабелям), при котором отдельные составляющие видеосигнала несут разную информацию о цветном изображении.

Источник

Магнитная лента

Магни́тная ле́нта — носитель информации в виде гибкой ленты, покрытой тонким магнитным слоем. Информация на магнитной ленте фиксируется посредством магнитной записи. Устройства для записи звука и видео на магнитную ленту называются соответственно магнитофон и видеомагнитофон. Устройства для хранения компьютерных данных на магнитной ленте называется стример.

Магнитная лента произвела революцию в вещании и записи. Вместо прямых эфиров в телевизионном и радиовещании стало возможным производить предварительную запись программ для последующего воспроизведения. Первые многодорожечные магнитофоны позволяли производить запись на несколько раздельных дорожек от различных источников, а затем впоследствии сводить их в конечную запись с наложением необходимых эффектов. Также развитию компьютерной техники послужила возможность сохранения данных на длительный период с возможностью быстрого доступа к ним.

Содержание

Звукозапись

Магнитная лента была разработана в 1930-е годы в Германии при сотрудничестве двух крупных корпораций: химического концерна BASF и электронной компании AEG при содействии немецкой телерадиовещательной компании RRG.

В 1927 году немецкий инженер Фриц Пфлеймер (Fritz Pfleumer), после ряда экспериментов с различными материалами, сделал напыление порошком оксида железа на тонкую бумагу с помощью клея. В 1928 году он получил патент на применение магнитного порошка на полоске бумаги или кинопленке. В этом же году он демонстрирует свой прибор для магнитной записи с бумажной лентой публике. Бумажная лента хорошо намагничивалась и размагничивалась, её можно было обрезать и склеивать. В 1936 году Национальный суд Германии признал права по патенту Пфлеймера недействительными, так как покрытие бумажной ленты железным порошком было изложено ещё в патенте Поульсена от 1898 года.

В 1932 году компания AEG, взяв на вооружение идею Пфлеймера, начала производство прибора для магнитной записи под названием «Магнетофон-К1». Носителем в «Магнетофоне-К1» была пленка, которую изготавливал немецкий химический концерн BASF. «Магнетофон-К1» был представлен публике в 1935 году на радиовыставке в Берлине.

Фридрих Маттиас (Friedrich Matthias) из IG Farben/BASF разработал многослойную плёнку, состоящую из подложки, клея и напыления порошком оксида железа. В 1939 году BASF представил публике эту плёнку. Это изобретение было революционным. Параллельно этому инженер Уолтер Вебер работал над улучшением качества воспроизведения магнитофонов, производимых AEG. Он проводил эксперименты с подмагничиванием пленки. Опытным путем было доказано, что высокочастотное подмагничивание переменным током намного улучшает качество воспроизведения. Весной 1940 года Вебер получает патент на технологию высокочастотного подмагничивания переменным током, и уже в 1941 году AEG выпускает новую модель магнитофона: Magnetophon K4-HF. Технические характеристики этой модели аппарата магнитной записи превосходили все существовавшие тогда аппараты магнитной записи: благодаря открытой Вебером технологии, отношение сигнал/шум составило 60 дБ, а воспроизводить он уже мог частоты выше 10 кГц.

В 1942 году AEG начала проводить эксперименты по стереофонической записи звука.

Наиболее распространенными были катушечные и кассетные магнитофоны, производившие запись на катушки или кассеты соответственно. Также в профессиональной звукозаписи использовались студийные многодорожечные (с 8 и более дорожками) многоканальные катушечные магнитофоны. Для хранения аудио в цифровой форме применялись форматы цифровой звукозаписи на магнитную ленту Digital Audio Tape и ADAT.

Видеозапись

Первый в мире видеомагнитофон был представлен фирмой Ampex 14 апреля 1956 года. Небольшая компания, основанная русским эмигрантом Александром Матвеевичем Понятовым в Калифорнии, смогла сделать настоящий прорыв в технологии видеозаписи изобретя поперечно-строчную видеозапись и применив систему с вращающимися головками. Они использовали ленту шириной 2 дюйма (50,8 мм), которая наматывалась на бобины — так называемый формат Q (Quadruplex). 30 ноября 1956 года – Си-Би-Эс впервые использовала «Ампэкс» для отсроченного выпуска в эфир программы новостей. [1] Видеомагнитофоны произвели настоящую технологическую революцию на телецентрах.

В 1965 году «Ampex» изобрела принцип цветной видеозаписи с переносом спектра. [2]

В 1969 году компания Sony представила формат наклонно-строчной аналоговой магнитной видеозаписи U-matic. Это первый кассетный формат, использующий видеокассету, с магнитной лентой ширины 3/4 дюйма.

Настоящим прорывом в бытовой видеозаписи стал формат VHS, представленный компанией JVC в 1976 году. Недорогие и надежные видеомагнитофоны, а также удачный маркетинг способствовали массовому распространению формата. [3]

В 1982 году Sony выпустила систему Betacam. Частью этой системы была видеокамера, которая впервые в одном устройстве объединяла и телевизионную камеру и записывающее устройство. Между камерой и видеомагнитофоном не было кабелей, таким образом, видеокамера давала значительную свободу оператору. В Betacam используется 1/2″ кассеты. Он быстро стал стандартом для производства теленовостей и для студийного видеомонтажа.

В 1986 году Sony представила первый цифровой формат видеозаписи D1, стандартизованный SMPTE, это положило началу эры цифровой видеозаписи. Наиболее распространенным бытовым форматом цифровой видеозаписи стал формат DV, представленный в 1995 году.

Хранение данных

Магнитная лента была впервые использована для записи компьютерных данных в 1951 году в компании Eckert-Mauchly Computer Corporation на ЭВМ UNIVAC I. В качестве носителя использовалась тонкая полоска металла шириной 12,65 мм, состоящая из никелированной бронзы (называемая Vicalloy). Плотность записи была 128 символов на дюйм (198 микрометров / символ) на восемь дорожек.

В 1964 году семейства IBM System/360, в фирме IBM был принят стандарт 9-дорожечной ленты с линейной записью, который впоследствии распространился также в системах других производителей и широко использовался до 1980-х годов.

В домашних персональных компьютерах 1970-х и начала 1980-х годов (вплоть до середины 1990-х) в качестве основного внешнего запоминающего устройства во многих случаях использовался обычный бытовой магнитофон и компакт-кассета.

В 1989 году компаниями Hewlett-Packard и Sony на базе аудиоформата DAT был разработан формат хранения данных DDS (англ. Digital Data Storage ).

В 1990-е годы для систем резервного копирования персональных компьютеров были популярны стандарты QIC-40 и QIC-80, использовавшие небольшие кассеты физической ёмкостью 40 и 80 Мбайт соответственно.

Источник

Кто использует магнитную плёнку и почему за ней будущее

В декабре 2020 года IBM Research и Fujifilm представили прототип картриджа LTO на 580 терабайт. Небольшая кассета с магнитной лентой вмещает информации как несколько десятков обычных HDD или 120 000 DVD.

Магнитные ленты появились почти сто лет назад, а компьютерные файлы на них записывают с 1952 года. Ещё наши мамы в советских НИИ меняли катушки на мейнфреймах. И в 2021 году плёнки остаются самым дешёвым накопителем со стоимостью хранения примерно в 6 раз ниже, чем на HDD. Поскольку плёнка практически исчезла с потребительского рынка, многие даже не знают, насколько бурно развивается эта технология.

Катушки с магнитными лентами производства Orwo (ГДР) в советском мейнфрейме ЭВМ ЕС-1020 на кафедре прикладной математики физмата Ленинградского политехнического института, середина 1980-х. Скорость чтения/записи составляла 2 метра (64 килобайта) в секунду, источник

Немножко истории

Вообще, магнитную ленту изобрёл немецкий химик Фриц Пфлёймер в 1928 году, то есть 93 года назад. Он первым догадался сделать напыление магнитным порошком из оксида железа на тонкой бумаге с помощью клея. Первую ленту изготовил немецкий концерн BASF. Сначала её использовали для записи звука, а в 50-е годы начались эксперименты по записи видео, а также цифровых компьютерных данных, причём второй вариант использования считался гораздо перспективнее, потому что магнитные видеокассеты всё равно не могли сравниться с киноплёнкой по качеству изображения.

Первая в мире лента с цифровыми данными была записана и считана магнитными головками Uniservo I для компьютера UNIVAC I в 1951 году. На той ленте шириной полдюйма (12,65 мм) данные записывались с плотностью 100 символов на дюйм.

Магнитные головки Uniservo I

Потом за дело взялась IBM, которая выпустила 7-дорожечные ленты такой же ширины в полдюйма.

Потом были разработаны 9-дорожечные ленты для системы IBM System/360. Девять дорожек позволяли записать в каждом положении ленты ровно один байт (8 информационных разрядов плюс 1 контрольный). Эти катушки на долгие 30 лет стали компьютерным стандартом, в том числе для советских компьютеров.

Накопители IBM 2401 для компьютеров System/360

Плотность записи

Плотность записи постоянно росла: до 200, 556, 800 символов на дюйм, затем у 9-дорожечных лент она составляла 800, 1600 и 6250 байт на дюйм. К 70-м запись достигла такой плотности, что стало возможным уменьшить ширину ленты. Так появились первые компактные кассеты и картриджи.

Стандарт QIC («картридж с лентой в четверть дюйма») представила компания 3M в 1972 году, Journey234

Linear Tape-Open (LTO) — один из современных стандартов для картриджей, который отличается максимальной плотностью записи.

Текущие ленты производятся с покрытием из феррита бария (BaFe). В каждом новом поколении LTO частицы становились всё мельче, компонуясь в более узкие дорожки данных. В декабре 2020 года Fujifilm и IBM анонсировали первую модель с покрытием из феррита стронция (SrFe). Размер частиц уменьшился на 60%.

Слева: строение ленты. Справа: Фотографии частиц из феррита бария и феррита стронция в покрытии. Изображение: Fujifilm

Плотность записи в лентах можно сравнить с аналогичным показателем HDD, потому что там используется схожий принцип хранения намагниченных бит в слое носителя на подложке.

Плотность записи на HDD в последнее десятилетие увеличивается на 9% в год, а у плёнки на 34%. Слайд из презентации IBM

Плотность записи на HDD замедлила рост в последнее десятилетие. Большие надежды возлагают только на термомагнитную запись (HAMR), где показатель превышает 2 Тбита/дюйм². До таких показателей LTO далеко.

Но уже при существующей плотности картриджи значительно обгоняют HDD по общему объёму информации, ведь площадь ленты на катушке гораздо больше площади блинов в винчестере. Конструкция картриджа позволяет задействовать одновременно 32 считывающие головки, что даёт преимущество по скорости чтения и записи, по сравнению с HDD.

Главное, что плотность записи на плёнку продолжает расти в геометрической прогрессии, примерно на 33% в год. То есть удвоение объёма накопителей происходит примерно раз в два-три года. Для сравнения, прогресс в производстве жёстких дисков сильно замедлился (если HAMR не оправдает надежд).

Увеличение плотности записи и ёмкости картриджей LTO. Источник: IBM

Выходит, что плёночные картриджи сейчас — более перспективная технология, чем жёсткие диски. Плёнка развивается, рынок растёт, разработчики не жалеют денег на научные исследования и строят планы на десятилетия вперёд.

Особенности ленты

Надёжность

У ленточных накопителей относительно высокий срок гарантированного сохранения данных. Производители современных картриджей типа LTO обычно гарантируют сохранность информации от 15 до 30 лет.

Устройство картриджа в принципе проще, чем у SSD и HDD, где механизм для чтения и записи информации встроен внутрь накопителя, и этот механизм чрезвычайно сложный и подвержен поломкам. Например, распространённая причина выхода из строя SSD и HDD — сбой электроники в контроллере, а в HDD ещё повреждения головки. Плёночным картриджам в этом случае ничего не грозит. Вероятность ошибок при записи или чтении плёнки на 4-5 порядков ниже, чем у жёстких дисков.

Ещё одно преимущество картриджей — безопасность, поскольку накопители физически изолированы от сети.

Низкая стоимость

В отличие от домохозяйств, в корпоративных хранилищах выгода очевидна. Дополнительная экономия достигается за счёт сокращения капитальных затрат на строительство хранилища, сокращения административных расходов и оплаты электричества, поскольку для хранения кассет не требуется электропитание, как в случае с серверами. См. калькулятор стоимости владения (TCO) для корпоративного дата-центра.

Диски DVD в таких системах даже не рассматриваются. Например, для хранения хотя бы 5 ТБ требуется сотня дисков Blu-ray со смехотворной скоростью записи.

Скорость чтения и записи

Перемотка магнитной ленты — это механический процесс, который никак невозможно произвести за миллисекунды. Представьте, что для поиска файла требуется отмотать 200 метров ленты… Вообще, в современных картриджах LTO длина ленты превышает 1 километр. Поэтому среднее время доступа к данным — десятки секунд, тогда как у жёстких дисков — от 5 до 10 миллисекунд. В реальности кроме перемотки кассеты нужно ещё найти нужную кассету в хранилище, что тоже нетривиальная задача (см. КДПВ).

В последней модели LTO скорость прокрутки ленты во время чтения/записи составляет около 15 км/ч (4 м/с), а головки позиционируется с точностью 3,2 нанометра.

Скорость последовательного чтения и записи на плёнку выше, чем у современных HDD. В последнем поколении LTO-9 чтение/запись происходит параллельно на 32 дорожки, а скорость достигает 400 мегабайт в секунду в несжатом виде или 1 ГБ/с в сжатом.

Ниши использования

Исходя из достоинств и недостатков плёнки понятны варианты её использования. Это надёжные накопители для дешёвого долговременного хранения с хорошей скоростью чтения/записи, но отсутствием мгновенного доступа. Таким образом, они лучше всего подходят для «холодного» хранения бэкапов.

Бэкапы

В 2011 году компания Google случайно удалила почту в 40 тысячах почтовых ящиках. Пострадали резервные копии на всех серверах. Данные удалось восстановить только с плёнки. Тогда и выяснилось, что Google тоже использует плёнку для резервного копирования, также как Microsoft и другие облачные провайдеры, не говоря уже об их клиентах.

Необычный пример долговременного резервного хранилища — GitHub Arctic World Archive на Шпицбергене. Причём это холодное хранилище и в прямом, и в переносном смысле. Оно размещается на глубине 250 метров в вечной мерзлоте и рассчитано на тысячу лет хранения.

Правда, там не магнитная лента, а фотоплёнка с галогенидами серебра в полиэфире производства норвежской компании Piql. У такой плёнки срок жизни минимум 500 лет.

Один кадр на фотоплёнке из бэкапа репозиториев GitHub, источник

Облачные сервисы

Тарифы на холодное хранение данных предлагает Amazon и другие облачные провайдеры. Холодное хранилище гораздо дешевле, но извлечение данных дорогое. Например, в сервисе S3 Glacier Deep Archive хранение 1 терабайта стоит всего 1 доллар в месяц (доступ в течение 12-48 часов). Для сравнения, стандартное хранилище S3 в 23 раза дороже.

Информация в мировой инфраструктуре растёт как снежный ком по мере подключения миллиардов новых устройств. Согласно недавнему исследованию IDC, общий объём накопителей в глобальной мировой инфраструктуре вырастет с 16 до 163 зеттабайт за период 2016−2025 гг.

Сейчас число сверхкрупных дата-центров в мире достигло 597. Для них используется особый термин: Hyperscale Data Center (HSDC). В прошлом году было построено 52 подобных сооружения.

На Amazon, Microsoft и Google приходится более половины всех крупных ЦОД.

Наука

Некоторые современные научные инструменты генерируют такой огромный объём данных, что их невозможно хранить иначе, кроме как на ленточных накопителях. Например, Большой адронный коллайдер генерирует 140 ТБ в сутки, а гигантский распределённый радиотелескоп SKA (Square Kilometre Array) с тысячами параболических антенн будет выдавать до 1 экзабайта в день. Это сравнимо с объёмом трафика во всём мировом интернете (5,3 экзабайта в сутки в 2020 году).

Художественное представление массива антенн SKA. Изображение: SPDO/TDP/DRAO/Swinburne Astronomy Productions

Для таких научных инструментов два важнейших параметра — высокая ёмкость носителей и высокая скорость записи, а время доступа уже не так принципиально. Поэтому здесь и используются ленточные накопители.

По оценке IBM, сегодня в мире на магнитной плёнке хранится примерно 345 000 экзабайт данных. Получается, что плёнка в данный момент является основным накопителем человеческой цивилизации. И очень похоже, что в ближайшее время такое положение сохранится.

На правах рекламы

Закажите и сразу работайте! Создайте виртуальный сервер любой конфигурации в течение минуты, в том числе для хранения большого объёма данных до 4000 ГБ. Для хранения данных используем быстрое CEPH хранилище на NVMe дисках от Intel. Эпичненько 🙂

Источник

Почему магнитная лента остаётся лучшим носителям для хранения данных

Неудивительно, что недавние успехи в области анализа больших данных и искусственного интеллекта создали сильные стимулы для компаний собирать информацию обо всех измеримых аспектах своего бизнеса. А финансовые положения теперь требуют от организаций вести учет в течение гораздо более длительных периодов, чем они должны были в прошлом.

Исследования показывают, что количество записываемых данных увеличивается на 30-40 процентов в год. В то же время емкость современных жестких дисков, которые используются для хранения большей части этого, увеличивается менее чем вдвое. К счастью, большая часть этой информации не требует немедленного доступа. И для таких вещей магнитная лента является идеальным решением.

Серьёзно? Запись на ленту? Сама идея может вызвать образ барабанов, вращающихся в громоздких мэйнфреймах как в старом фильме, например Desk Set или Dr. Strangelove. Но быстрая проверка реальности одназно подтверждает: лента никогда не уходила!

Действительно, большая часть мировых данных всё ещё хранится на ленте, включая данные по фундаментальной науке, такие как физика элементарных частиц и радиоастрономия, наследие цивилизации и национальные архивы, большинство кинофильмов, банковское дело, страхование, данные по разведки нефти и многое другое. Есть даже группа людей, чья работа заключается в том, чтобы постоянно улучшать хранение данных на ленте.

Да, лента существует уже давно, но технология не была заморожена во времени. Наоборот. Как жесткие диски и транзисторы, магнитная лента значительно продвинулась за десятилетия.

Первая коммерческая система хранения данных на цифровых лентах – модель IBM 726 – могла хранить около 1,1 мегабайта на одной катушке ленты. Сегодня современный ленточный картридж может вместить 15 терабайт. А одна роботизированная ленточная библиотека может содержать до 278 петабайт данных. Хранение такого большого количества данных на компакт-дисках потребовало бы более 397 миллионов пластинок, если их сложить в стопу, образовалась бы башня высотой более 476 километров.

Это правда, что лента не обеспечивает такую высокую скорость доступа, как жесткие диск или полупроводниковая память. Тем не менее, преимуществ у неё много. Начнём с того, что накопитель на магнитной ленте более энергоэффективен: после того, как все данные записаны, кассета с магнитной лентой просто тихо сидит в слоте в роботизированной библиотеке и совсем не потребляет энергии. Лента также чрезвычайно надежна, её частота ошибок на четыре-пять порядков ниже, чем у жестких дисков. Кроме того, лента очень безопасна со встроенным шифрованием «на лету» и дополнительной защитой, предоставляемой самой средой. В конце концов, если картридж не установлен в накопителе, данные не могут быть доступны или изменены. Этот «воздушный зазор» особенно привлекателен в свете растущей скорости кражи данных в результате кибератак.

Автономная природа ленты также обеспечивает дополнительную линию защиты от ошибочного программного обеспечения. Например, в 2011 году из-за ошибки в обновлении программного обеспечения Google случайно удалил сохраненные сообщения электронной почты в 40000 учетных записей Gmail. Эта потеря произошла, несмотря на наличие нескольких копий данных, хранящихся на жестких дисках в нескольких центрах обработки данных. К счастью, данные были также записаны на ленту, и Google смог, в конечном итоге, восстановить все потерянные данные из этой резервной копии.

Инцидент Gmail 2011 года был одним из первых раскрытий того, что поставщик облачных услуг использовал ленту для своих операций. Совсем недавно Microsoft сообщила, что в её хранилище архивов Azure использует оборудование для хранения данных на магнитной ленте IBM.

Несмотря на все эти плюсы, главная причина, по которой компании используют магнитные ленты, – это, как правило, экономия. Хранение на магнитной ленте стоит одну шестую суммы, которую вы должны заплатить, чтобы сохранить тот же объём данных на дисках, поэтому ленточные системы можно найти практически везде, где хранятся огромные объемы данных. Но поскольку лента полностью исчезла из продуктов потребительского уровня, большинство людей не знает о её существовании, не говоря уже об огромных успехах, достигнутых в технологиях записи на магнитной ленте в последние годы, и она будет продолжать развиваться в обозримом будущем.

Всё это говорит о том, что магнитная лента была с нами на протяжении десятилетий и будет ещё очень долго.

Лента просуществовала так долго по одной фундаментальной причине: она дешевая. И становится всё дешевле. Но будет ли так всегда?

Вы можете ожидать, что если способность записывать все больше данных на магнитные диски снизиться, то же самое должно произойти и с магнитной лентой, которая использует ту же базовую технологию. Но, удивительная реальность состоит в том, что для ленты это увеличение емкости не показывает никаких признаков замедления. На самом деле, это будет продолжаться ещё много лет с историческим показателем около 33 процентов в год, а это означает, что вы можете ожидать удвоения мощности примерно каждые два-три года. Думайте об этом как о законе Мура для магнитной ленты.

Чтобы понять, почему лента по-прежнему обладает таким большим потенциалом по сравнению с жесткими дисками, рассмотрим, как развивались ленты и жесткие диски.

Оба используют одни и те же базовые физические механизмы для хранения цифровых данных. Они делают это в виде узких дорожек в тонкой пленке магнитного материала, в которой магнетизм переключается между двумя состояниями полярности. Информация кодируется как последовательность битов, представленных наличием или отсутствием перехода магнитной полярности в определенных точках вдоль дорожки. С момента появления ленточных и жестких дисков в 1950-х годах производители обоих устройств руководствовались мантрой «плотнее, быстрее, дешевле». В результате стоимость обеих систем, выраженная в долларах на гигабайт емкости, упала на много порядков.

Эти сокращения затрат являются результатом экспоненциального увеличения плотности информации, которая может быть записана на каждом квадратном миллиметре магнитной подложки. Эта плотность записи является произведением плотности записи вдоль дорожек данных и плотности этих дорожек в перпендикулярном направлении.

Вначале плотность записи магнитных лент и жестких дисков была одинаковой. Но гораздо больший размер рынка и выручка от продажи жестких дисков обеспечили финансирование для более масштабных исследований и разработок, что позволило их производителям более агрессивно расширяться. В результате текущая плотность записи на жестких дисках большой емкости примерно в 100 раз выше, чем у самых последних ленточных накопителей.

Тем не менее, поскольку они имеют гораздо большую площадь поверхности, доступную для записи, современные ленточные системы обеспечивают емкость оригинального картриджа до 15 ТБ – больше, чем жесткие диски с самой большой емкостью на рынке. Хотя оба типа устройств занимают примерно одинаковое количество места.

За исключением емкости, характеристики производительности ленточных и жестких дисков, конечно, очень разные. Большая длина ленты, хранящейся в картридже, обычно сотни метров, приводит к тому, что среднее время доступа к данным составляет от 50 до 60 секунд по сравнению с 5-10 миллисекундами для жестких дисков. Но удивительно, что скорость записи данных на ленту более чем вдвое превышает скорость записи на диск.

За последние несколько лет увеличение плотности записи данных на жестких дисках замедлилось со своего исторического среднего уровня, составляющего около 40 процентов в год, до 10-15 процентов. Причина заключается в фундаментальной физике: чтобы записать больше данных в заданной области, вам нужно выделить меньшую область для каждого бита. Это, в свою очередь, уменьшает сигнал, который вы можете получить, когда читаете его. И если вы слишком сильно уменьшите сигнал, он потеряется в шуме, который возникает из-за зернистости магнитных зерен, покрывающих диск.

Можно уменьшить фоновый шум, сделав эти зерна меньше. Но трудно уменьшить магнитные зерна ниже определенного размера, не ставя под угрозу их способность стабильно поддерживать магнитное состояние. Наименьший размер, который практично использовать для магнитной записи, известен как суперпарамагнитный предел. И производители жесткий дисков его уже достигли.

До недавнего времени это замедление не было очевидным для потребителей, поскольку производители дисководов могли компенсировать это, добавляя больше головок и пластин к каждому устройству, что позволяет увеличить емкость в пакете того же размера. Но теперь и доступное пространство, и стоимость добавления дополнительных головок и пластин ограничивают выгоды, которые могут получить производители дисков, и проблема начинает становиться очевидной.

Разрабатывается несколько технологий, которые могут обеспечить масштабирование жесткого диска сверх сегодняшнего суперпарамагнитного предела. К ним относятся магнитная запись при помощи тепла (HAMR) и магнитная запись при помощи микроволнового излучения (MAMR), – методы, которые позволяют использовать более мелкие зерна и, следовательно, позволяют намагничивать меньшие области диска. Но эти подходы увеличивают стоимость и создают неприятные инженерные проблемы. И даже если они будут решены, возможности масштабирования, вероятно, останутся ограниченными. Например, Western Digital Corp, которая недавно объявила о начале поставок жестких дисков MAMR в 2019 году, ожидает, что эта технология позволит масштабировать плотность записи всего лишь на 15 процентов в год.

Напротив, оборудование для хранения данных на магнитной ленте в настоящее время работает при площадных плотностях, которые значительно ниже суперпарамагнитного предела. Таким образом, закон Мура на магнитной ленте может сохранять действие в течение десятилетия или больше, не сталкиваясь с такими препятствиями фундаментальной физики.

В 2015 году промышленный консорциум по хранению информации, – организация, которая включает в себя HP Enterprise, IBM, Oracle и Quantum, – выпустил то, что называется «дорожной картой». Прогноз предсказывает, что к 2025 году плотность записи на ленту может достичь 91 Гб на квадратный дюйм. Экстраполируя эту тенденцию, можно предположить, что к 2028 году она превысит 200 Гб на квадратный дюйм.

Авторы этой дорожной карты заинтересовались будущим хранения на магнитной ленте. Но вам не нужно беспокоиться, что они слишком оптимистичны. Лабораторные эксперименты показывают, что 200 Гб на квадратный дюйм вполне достижимы. Так что возможность удержания ленты на пути роста, который у неё был, вполне гарантирована.

Действительно, лента может быть одной из последних информационных технологий, которые следуют закону Мура. Даже если вы редко можете видеть её за пределами кадров фильмов прошлого века, магнитная лента, какой бы она ни была старой, будет с нами долгие годы.

Источник