Перспективы развития дисковых носителей информации. Форматы компакт-дисков повышенной плотности

Компакт-диск двойной плотности DDCD

Летом 2000 года компания SONY анонсировала выход новых форматов DDCD и MDLP. Формат MD Long Play (MDLP) является усовершенствованным форматом MD (Mini Disc - "мини-диск"). MDLP-формат позволяет записывать информации вдвое или даже вчетверо больше, чем на обычный "мини-диск". в результате продолжительность записи становится равной примерно 5 часам 20 минутам. Формат MDLP компания SONY позиционирует для любителей записи музыки в домашних условиях, профессиональных музыкантов, слушателей аудиокурсов иностранных языков, а также нынешних покупателей компакт-кассет и MD-дисков.

Формат Double Density CD (DDCD) является новым форматом компакт-дисков повышенной плотности. Разработан совместно компаниями SONY и PHILIPS. По сравнению с обычным компакт-диском DDCD позволяет хнанить вдвое больше информации.

Формат DDCD задуман для всеобщего использования, так как при всех достоинствах "классического" CD-формата он обладает двойной емкостью. Широкому распространению DDCD способствует тот факт, что для перехода на новую технологию практически не требуется создания новых производственных мощностей. Потому как значительного увеличения емкости удалось достичь "косметическими" средствами, путем незначительных модификаций обычного CD-формата.

Новый дисковый формат подразумевает узкую дорожку и меньшую длину пита по сравнению с CD-форматом для записи одинокового количества информации (рис. 1). За счет этого уменьшается площадь, занимаемая информацией. В результате компакт диск стандартных геометрических размеров позволяет хранить в два раза больше информации.

Рис. 1 - Схематическое сравнение поверхностей дисков:
а) Double Density CD; б) CD

К достоинствам формата DDCD можно отнести усовршенствованный алгоритм коррекции ошибок (CIRC7) и расширенный формат адресного пространства (ATIP).

Компания SONY пошла навстречу крупнейшим производителям аудио- видеопродукции и включила в спецификацию DDCD специальный механизм защиты от несанкционированного копирования, что касается остального, то формат DDCD во всем является наследником своего предшественника. DDCD представлен в трех видах: диски только для чтения (DDCD-ROM), однократно записываемые (DD-R) и перезаписываемые (DD-RW) диски.

Технология многоуровневой записи Multilevel Recording

Компания TDK предложила свой формат компакт-диска высокой плотности Multilevel Recording. Технология, разработанная для TDK фирмой CALIMETRICS, позволяет увеличить объем хранимой на компакт-диске информации в три раза. Это составляет более 2 Гб.

Основа технологии Multilevel Recording заключается в многоуровневом принципе записи. Как известно, на обычном компакт диске данные кодируются питами. Длина пита характеризует количество единиц двоичного кода, дляна интервала между питами - количество нулей двоичного кода (рис. 2). Разработчики CALIMETRICS предложили использовать для записи данных не только длину питов, но и их глубину. Теперь пит единичной длины может принимать значение не только 1, но также 2, 3, 4, 5, 6 и 7 (рис. 3).

Рис. 2 - Разрез стандартного компакт-диска

Рис. 3 - Разрез ML-диска

Отраженный луч считывающего лазера в зависимости от глубины пита создает свой особый сигнал. Распознает эти сигналы специальный чипсет, встроенный в пригрыватель компакт-дисков. В результате использования глубины удается записать больше информации на единицу площади. Это позволяет значительно увеличить скорость считывания/записи данных. И действительно, скорость записи на ML-диски составляет 36х, а считывания до 90х и более. Так же, как и в случае с DDCD переход на диски ML не требует создания дополнительной производственной инфраструктуры (вполне достаточно вставить небольшую схему в обычный CD-проигрыватель, чтобы он смог поддерживать ML-диски). Это означает относительную дешевизну и доступность технологии Multilevel Recording.

Многослойные оптические диски FMD

Настоящим прорывом в технологии записи информации следует считать разработку американской фирмой C3D трехмерного флуоресцентного дискового носителя. При этом запись осуществляется не только по площади диска (двухмерная запись), но и по его глубине на нескольких слоях. Ограничивающим фактором обычной двумерной записи является то, что её невозможно реализовть при наличии более чем двух информационных слоев. Начинают сказываться интерференция, рассеяние, шумы, перекрестные помехи, которые возникают из-за того, что падающий и отраженный пучки имеют одну и ту же длину волны и являются когерентными. При увеличении числа слоев полезный сигнал уже невозможно будет отделить от шумов.

Трехмерный диск фирмы C3D использует принципиально иную технологию записи информации, основанную на свойствах излучения флуоресцентных материалов и допускает наличие очень большого числа слоев (рис. 4).

Рис. 4 - Зависимость ухудшения качества сигнала от количества слоев

FM-диск является абсолютно прозрачным и не имеет отражающего слоя. В основе работы флуоресцентеных дисков лежит явление фотохроматизма, которое заключается в изменении физических свойств (в частности появление флуоресцентного свечения) некоторых химических веществ под воздействием лазера.

В наибольшей степени подобным свойством обладают вещества из группы фульгидов, которые были открыты и изучены советскими учеными ещё много лет назад. Наиболее подходящим представителем данной группы веществ является фотохром.

Сам FM-диск представляет собой слоеный пирог, каждый слой которого является прозрачным и имеет спиральные канавки (по аналогии с обычным компакт-диском их можно назвать питами), заполненные флуоресцентным материалом. При возбуждении такого материала лазерным лучом он начинает излучать как когерентный, так и некогерентный свет. Информация записывается только некогерентным светом. При считывании возбужденный фотохром излучает свет, сдвигая спектр падающего не него излучения в сторону красного цвета на определенную величину (в пределах 30...50 нм), что позволяет легко различить сигнал лазера и свет, излучаемый материалом диска. в результате удается избежать ухудшения характеристик сигнала из-за явлений, связанных с когерентностью, и его качество при увеличении числа слоев снижается незначительно. Разрботчики утверждают, что даже при количестве слоев более сотни не будет происходить сильного искажения сигнала.

При считывании лазер фокусируется на определенном слое и возбуждает его флуоресцентные элементы (рис. 5), после чего это свечение улавливается фотодетектором. Согласно теоретическим выкладкам, при использовании синего лазера (длина волны 480 нм) становится возможным увеличение плотности запси информации до нескольких Гбайт на один FM-диск.

Рис. 5 - Принцип работы FM-диска

Важная особенность формата FMD заключается в возможности параллельного считывания сразу с нескольких слоев многослойного диска. При этом, если записывать последовательность бит не вдоль дорожки, а в глубь по слоям, то можно значительно повысить скорость выборки данных. Именно за эту особенность FM-диски и прозвали трехмерными.

Что касается технологии производства FMD, то здесь очень много сходства с производством обычных компакт-дисков. Из прозрачного поликарбоната отдельно изготовляются информационные слои, которые затем связываются между собой. Единственное что очень важно при производстве FM-диска, так это получение точной формы пита, так как в дальнейшем он заполняется флуоресцентным веществом. Для этих целей используется никелевая матрица (штамп).

Для производства FMD используется две стандартные технологии: метод горячего тиснения и метод фотополимеризации. Метод горячего тиснения заключается в изготовлении каждого слоя путем прессовки поликарбонатной заготовки двумя штампами при высокой температуре. Полученные таким образом слои, несут информацию на обоих своих поверхностях. После этого осуществляется заполнение питов флуоресцентным материалом. Затвердевшие слои затем под давлением спрессовываются.

Второй метод состоит в том, что многослойный диск складывается из отдельных слоев, каждый из которых несет информацию только на одной стороне, полученной методом фотополимеризации.

Уже сейчас ведутся активные разработки записываемых FM-дисков. Специалисты С3D предлагают два варианта принципа записи своих дисков: термический и химический.

Термический принцип основан на использовании материала, изначально обладающего флуоресцентным свойством (соответствует значению 1). В процессе записи участки, попадающие под термическое воздействие лазера, теряют это свойство (приобретают значение 0).

Химический принцип основан на использовании материала не обладающего флуоресцентным свойством. Воздействие записывающего лазера приводит к фотохимической реакции, в результате которой определенные учстки наделяются флуоресцентным свойтсвом. Для возбуждения такой реакции достаточно маломощного лазера или обычного светодиода. А лучше светодиодной матрицы: её использование позволяет осуществлять одновременную запись целого массива информации, что ускоряет сам процесс.

Абсолютно реальной становится возможность создания FM-дисков, часть слоев которых предназначена для чтения, а часть слоев - для записи. В рамках технологии FMD возможно создание и перезаписываемых дисков. Для этого предусматривается использование материала, способного переходить из стабильного состояния в состояние подверженное флуресценции и наоборот.

Что касается широкого применения FM-дисков, то фирма C3D ещё в 2000 году демонстрировала 10-слойный диск, с размерами, равными размерам обычного CD (диаметр 120 мм, толщина 1,2 мм), но обладающий емкостью в 140 Гбайт. Не так давно был продемонстрирован диск емкостью 1 Тбайт . Фирма также сообщает о принципиальной готовности к выпуску проигрывателей, которые будут способны воспроизводить вместе с флуоресцентными дисками также диски CD и DVD. Благо, что FMD, CD и DVD поддерживают одну и ту же систему распределения данных на каждом слое.

Внедрение нового носителя, предназначенного для массового применения - вопрос не столько технический, сколько стратегический. Чтобы материал, записанный на таком носителе, был совместим с любым воспроизводящим аппаратом, независмо от того, где и кем он произведен, вся система должна быть стандартизована. А чтобы появился международный стандарт, его должны поддержать крупнейшие транснациональные компании. На данный момент полным ходом идет широкомастштабное внедрение DVD. Другими словами, крупнейшие производители вложили в DVD огромные средства, поэтому пока они не высосут всё бабло из DVD, о флуоресцентном диске можно забыть, как минимум лет на пять.

Несмотря на бурный прогресс в совершенствовании дисковых носителей записи, будущее всё же не за ними. Лавры победителя достанутся совсем другому носителю, который пока ещё остается в глубокой тени, но бурно прогрессирует. Это твердотельный объемный носитель. Сейчас к этой категории носителей можно отнести устройства постоянной и оперативной памяти (ПЗУ и ОЗУ), хотя и не только их. Емкость подобных устройств уже достигла таких размеров, когда вполне реально записать часовую музыкальную программу с качеством DVD в блок постоянной памяти, имеющий очень небольшие габариты. Правда, пока это дорого. Стоимость такого носителя будет равняться стоимости нескольких десятков или даже сотен компакт-дисков. Но такие накопители уже широко используются в служебных целях - там, где их стоимость решающей роли не играет. Например, в качестве "черного ящика" для записи информации на борту самолета.

Достоинства твердотельных накопителей очевидны. Записывающие и воспроизводящие устройства для них не нуждаются ни в какой механике. Не нужно, чтобы что-то вращалось, перемещалось, за чем-то следило. Они также не боятся ни тряски, ни ударов, ни вибраций. И размеры их, в принципе, могут быть сколь угодно малыми. Что ж, поживем, увидим.