50 let na páskách: Nová technologie zdvojnásobuje kapacitu

V prosinci 1952 představila IBM magnetopáskové jednotky, které byly schopny ukládat digitální informace na médium, jež se do té doby používalo pouze k záznamu zvuku. Jednalo se o první komerčně vyráběné počítačové pásky. Vyvinula je americká spolecnost 3M (dnes divize firmy Imation), která byla v té době výrobcem audiopásek. Na základě zkušeností s výrobou pásek pro záznam zvuku začala firma 3M již v roce 1947 vyvíjet magnetické médium pro ukládání informací v digitální podobě. Úkolem této technologie bylo nahradit způsob záznamu dat na děrné štítky.

Tento článek vyšel v Computerworldu 43/2004.

Výsledkem byla magnetická páska s hustotou záznamu cca 100 bitu na palec (bpi), což odpovídalo zhruba 140 bajtům na stopu (1 stopa = 30,48 cm). Při délkách v řádu stovek stop bylo na jednu cívku s páskou možné nahrát jeden až dva megabajty dat. Mechaniky, schopné tyto pásky číst a zapisovat, měly rozměry středně velké šatní skříně. V roce 1954 se podařilo vyrobit magnetickou páskou pracující s hustotou záznamu 200 bpi a dvojnásobnou čtecí rychlostí.

V roce 1957 představila firma 3M pásku využívající tenkou, předepnutou, a tudíž stabilní polyesterovou fólii jako nosný materiál a plastový film překrývající vlastní magnetickou vrstvu. Díky tomu měla páska hladší povrch, který šetřil čtecí a záznamové hlavy, a médium bylo zároveň odolnější vůči vlivům vzdušné vlhkosti. Ta byla hlavním nepřítelem dříve používaných pásek, jež měly magnetický povrch z jemně rozemletého oxidu železitého. Částečky oxidu železitého však vlivem vzdušné vlhkosti někdy "rezly".
Pásky brzy překročily hustotu záznamu 1 600 bpi a umožňovaly uložit stovky megabajtů. Postupně se vylepšovala i vlastní magnetická vrstva pásky. Částečky obsahující železo byly nahrazeny ještě jemnějšími, rovnoměrněji rozloženými neželeznými částečkami. Díky tomu se dařilo stále zvyšovat hustotu záznamu.
Klíčem k růstu kapacit bylo řešení následujícího fyzikálního problému: čím menší jsou magnetické částečky, tím těsněji je možné je naskládat k sobě; při neustálém zmenšování velikosti částeček se však zároveň zmenšovala plocha pro vytvoření magnetické polarity. Vývojáři byli přesvědčeni, že jakmile tyto částečky dosáhnou určité minimální velikosti, nebudou schopné trvale udržet nastavenou magnetickou polaritu a budou ji měnit podle magnetismu okolí. Z poznatku současné vědy ale vyplývá, že tato fyzikální mez, tzv. paramagnetický limit, nebyla ještě ani zdaleka dosažena a další vývoj magnetických pásek budou pravděpodobně omezovat jiné faktory.

Ruční práce

Zatímco dříve se k ukládání dat používaly pásky obsahující oxid železitý, částečky čistého železa, železitan barnatý, oxid chromičitý a další sloučeniny, dnes hrají roli tzv. MP materiály. MP je zkratka pro Metal Particle označující skupinu sloučenin s vysokou homogenitou a dobrou magnetizovatelností. Vrstva z tohoto materiálu se na pásek nanáší v kapalném stavu nebo jako pára. Vývoj magnetické vrstvy prispěl sice výraznou měrou k pokroku v oblasti záznamových médií, jeden problém ale nevyřešil: nutnost "ruční práce". Díky informační explozi se neustále zvyšovaly nároky na rychlost a flexibilitu zpracování dat. K informacím bylo třeba přistupovat stále rychleji a přesněji. To však velké, neohrabané cívky s páskou neumožňovaly. Stále bylo totiž třeba je ručně vyhledávat v archivu a zakládat do mechanik.
Pásky byly uloženy v dlouhých regálech a operátor musel přesně vědět, co je na které z nich nahráno. Příslušná evidence byla obvykle vedena na silném svazku traktorového papíru. Došlo tak na magnetické pásky uložené v uzavřených kazetách, tzv. cartridgích. Manipulace byla v porovnání s cívkami podstatně snazší a cartridge byly daleko méně citlivé na vlivy prostředí i mechanické namáhání. Díky tomu bylo možné výměnu pásek automatizovat a vytvářet celé "knihovny" cartridgí, v nichž na pouhé stisknutí tlačítka vytáhl podávací robot kazetu z regálu a založil ji do mechaniky. Současně byly vyvinuty elektronické seznamy s obsahem všech magnetických pásek, díky němuž mohl automat během několika sekund vyhledat požadovaný soubor.

Nejstarší modely pásek měly šířku necelých 13 mm a obsahovaly sedm až devět datových stop. Současné magnetické pásky obsahují až 488 stop na palec. Podélná hustota záznamu, která je dalším důležitým parametrem ovlivňujícím kapacitu pásky, činí až 150 000 bitu na palec, tedy 1 500krát více než u pvních pásek. Kapacita od počátku 50. let vzrostla z několika megabajtů až na 100 gigabajtů. Pro představu - kniha o zhruba 600 stranách zabere přibližně 2 megabajty. Magnetická páska z roku 1953, která měla délku několika set stop, by tak byla téměř celá zaplněna. Na moderní pásce by takové množství zabralo necelých 5 milimetrů.

Nová generace

Před nedávnem představila společnosti Imation svoje nejnovější pásky LTO Ultrium 3, což jsou první modely s technologií Tera Ångstrom. Ta sestává ze tří postupů pro maximalizaci množství ukládaných dat. Používá se vysokotlakových trysek, které „nastříkají“ nosný substrát na pásku s co nejmenšími rozměry magnetických částeček a minimálními rozestupy mezi nimi. Dalším postupem je speciální „sušicí“ proces, který zaručí uniformitu rozmístění magnetických částeček a jejich správnou orientaci, což eliminuje nepřesnosti a zvyšuje kapacitu pásky. Poslední unikátní technologií je uhlazení povrchu pásky, při němž je dosaženo hladkosti povrchu v řádu angstromů (desetin nanometru).
Pásky Imation LTO Ultrium třetí generace nabízejí v porovnání s předchozí řadou dvojnásobnou kapacitu – 800 GB při použití komprese 2 : 1 a přenosovou rychlost až 160 MB/s.

Tento článek vyšel v Computerworldu 43/2004.