Manfred Kloiber: Neue Perspektiven für die Festplatte der Zukunft scheinen sich aufzutun. Die bewegte Scheibe im Rechner hat noch lange nicht ausgedient. An welchen Problemen wird in den Labors denn eigentlich gegenwärtig am heftigsten gearbeitet?
Peter Welchering: Naja, ein ganz spannendes Thema ist da zurzeit die sogenannte diskrete Spurenaufzeichnung, oder wenn man das in der Fachsprache auf Neudeutsch sagt, discrete track recording. Dahinter steckt folgendes Problem: Wenn Daten ganz dicht auf einem magnetischen Datenträger gespeichert werden sollen, kann es zu Überlagerungen kommen. Dann kann der sogenannte superparamagnetische Effekt auftreten: Der besteht darin, dass einzelne gespeicherte Bits ihre Ausrichtung an die benachbarten Bits weitergeben, und dann kommt es anschließend zu Speicher- und zu Lesefehlern. Also kommt es darauf an, den Abstand zwischen den Datenspuren zwar klein zu halten – es soll ja viel drauf passen - aber andererseits zwischen diesen Datenspuren eine deutliche Barriere aufzubauen, damit eben diese Überlagerungen nicht stattfinden. Und das haben die Festplattenhersteller mit der diskreten Spurenaufzeichnung gemacht. Da haben die einfach zwischen die Datenspuren so eine Art eine Rille gezogen, die solche Überlagerungen eben verhindert. Und diese Technik nehmen die Wissenschaftler in den Labors jetzt und experimentieren mit anderen Materialien und mit einer anderen Generation von Schreib-Lese-Köpfen, um die Festplatte der übernächsten Generation dann als Terabyte-Festplate im 1,8-Zoll-Format hinzubekommen. Solche Festplatten sind dann so klein, dass die sogar den Flash-Speichern in Digitalkameras Konkurrenz machen könnten.
Kloiber: Und mit welchem Material wird da gearbeitet?
Welchering: Nach wie vor immer noch die gute alte Magnetscheibe, aber bei den Datenspuren gibt es auch sehr ermutigende Ergebnisse mit Plastikfolien. Auf diese Plastikfolien werden Bits, die Daten, dann als kleine Vertiefung abgespeichert. Das hat den Vorteil, dass die bisherige Festplattentechnologie mit der gesamten Organisation in Datenspuren, in Sektoren und eben auch in diesen Scheiben beibehalten werden kann. Aber: Die Datenspuren können noch enger werden, weil es bei diesen Plastikfolien keine direkten superparamagnetischen Effekte mehr gibt. Denn gespeichert werden die Bits ja als Vertiefungen von drei bis fünf Nanometern. Und wenn die Datenspur dann gelöscht werden soll, dann wird die Plastikfolie einfach wieder gerade gezogen wie ein Tischtuch und kann anschließend neu beschrieben werden.
Kloiber: Und was sind das für Schreib-Lese-Köpfe, die die Entwickler da im Auge haben?
Welchering: Da gibt es unterschiedliche Entwicklungen und unterschiedliche Experimente. Im Augenblick arbeiten die überwiegend mit kleinen Siliziumspitzen, die diese Vertiefungen dann mehr oder weniger in diese Plastikfolie stanzen. Und in dieser Siliziumsspitze hängt dann unter Umständen auch ein Sensor – auch das gibt es in einem Labor schon. Genaugenommen am Ende dieser Siliziumspitze. Und dieser Sensor ließt dann die Daten aus. Das heißt, immer wenn dieser Sensor eine Vertiefung wahrnimmt, meldet er: Ich habe ein Bit gefunden. Und diese Bits werden dann von einem Prozessor, von dem Prozessor, dem das gemeldet wird, zu einem Bitmuster verrechnet. Und das ergibt dann eine Datei. Und teilweise arbeiten die Entwickler dann auch mit getrennten Schreibköpfen und Leseköpfen. Das wird übrigens auch bei magnetischen Datenträgern inzwischen gut gemacht. Da sind die Schreibköpfe eben nur für das Beschreiben der Datenspuren zuständig. Und die Leseköpfe lesen die Datenspuren dann wieder aus, melden die Bits also an den Festplattenprozessor und der setzt die Datei dann Zusammen. Und da wird in den Laboratorien mit ganz vielen parallel arbeitenden Schreibköpfen und Leseköpfen experimentiert. Und der Vorteil dabei: Es kann enorm schnell weggespeichert oder ausgelesen werden. Aber das Ganze hat auch einen Nachteil: Je mehr Schreibköpfe oder auch Leseköpfe parallel und dadurch gleichzeitig arbeiten, desto größer ist der Koordinierungsaufwand. Es wird also sehr viel Prozessorleistung für die Koordinierung der parallelen Schreibköpfe und Leseköpfe benötigt.
Kloiber: In welchen Dimensionen bewegen wir uns eigentlich konkret? Wie groß sind diese Schreibköpfe oder Leseköpfe?
Welchering: Wenn man sich das eigentliche Schreib- oder Leseelement anschaut, dann sollen im Jahr 2014 diese Elemente gerade noch einmal sieben Nanometer, also sieben Milliardstel Meter groß sein. Und 2016 rechnet man mit knapp fünf Nanometern. Wobei, die stecken natürlich auch immer noch in einer Mechanik, sodass da schon noch einige Millimeter erreicht werden. Aber die Köpfe selbst sind sehr, sehr klein geworden. Und vor allen Dingen sind diese Köpfe selbst dann auch in einer Entfernung von drei Nanometern über dem Speichermedium positioniert. Und das hat dann zur Folge, dass die Speicherdichte insgesamt dann auch deutlich über 700 Megabit pro Quadratzentimeter auf diesen Speichermedien liegen dürfte. Also beispielsweise 200-Gigabyte-Festplatten können dann deutlich kleiner sein als eben 1,8 Zoll. Das ist im Augenblick der Formfaktor, mit dem in der Festplattenindustrie sehr intensiv gearbeitet wird. Außerdem werden heute pro Datensektor eben nur 512 Bytes gespeichert. Mit der Advanced Format Technologie kommen wir schon auf 4096 Bytes pro Sektor. Und 2016 werden das dann vermutlich 16.348 sein. Das heißt, da können mehr größere Dateielemente gespeichert werden und das hat dann eben zur Folge, dass sehr viel schneller geschrieben und gelesen werden kann. Also insgesamt haben wir es da mit einer wesentlichen Beschleunigung der gesamten Festplattenvorgänge zu tun.
Kloiber: Peter Welchering über neue Festplattentechnologien. Herzlichen Dank.
Peter Welchering: Naja, ein ganz spannendes Thema ist da zurzeit die sogenannte diskrete Spurenaufzeichnung, oder wenn man das in der Fachsprache auf Neudeutsch sagt, discrete track recording. Dahinter steckt folgendes Problem: Wenn Daten ganz dicht auf einem magnetischen Datenträger gespeichert werden sollen, kann es zu Überlagerungen kommen. Dann kann der sogenannte superparamagnetische Effekt auftreten: Der besteht darin, dass einzelne gespeicherte Bits ihre Ausrichtung an die benachbarten Bits weitergeben, und dann kommt es anschließend zu Speicher- und zu Lesefehlern. Also kommt es darauf an, den Abstand zwischen den Datenspuren zwar klein zu halten – es soll ja viel drauf passen - aber andererseits zwischen diesen Datenspuren eine deutliche Barriere aufzubauen, damit eben diese Überlagerungen nicht stattfinden. Und das haben die Festplattenhersteller mit der diskreten Spurenaufzeichnung gemacht. Da haben die einfach zwischen die Datenspuren so eine Art eine Rille gezogen, die solche Überlagerungen eben verhindert. Und diese Technik nehmen die Wissenschaftler in den Labors jetzt und experimentieren mit anderen Materialien und mit einer anderen Generation von Schreib-Lese-Köpfen, um die Festplatte der übernächsten Generation dann als Terabyte-Festplate im 1,8-Zoll-Format hinzubekommen. Solche Festplatten sind dann so klein, dass die sogar den Flash-Speichern in Digitalkameras Konkurrenz machen könnten.
Kloiber: Und mit welchem Material wird da gearbeitet?
Welchering: Nach wie vor immer noch die gute alte Magnetscheibe, aber bei den Datenspuren gibt es auch sehr ermutigende Ergebnisse mit Plastikfolien. Auf diese Plastikfolien werden Bits, die Daten, dann als kleine Vertiefung abgespeichert. Das hat den Vorteil, dass die bisherige Festplattentechnologie mit der gesamten Organisation in Datenspuren, in Sektoren und eben auch in diesen Scheiben beibehalten werden kann. Aber: Die Datenspuren können noch enger werden, weil es bei diesen Plastikfolien keine direkten superparamagnetischen Effekte mehr gibt. Denn gespeichert werden die Bits ja als Vertiefungen von drei bis fünf Nanometern. Und wenn die Datenspur dann gelöscht werden soll, dann wird die Plastikfolie einfach wieder gerade gezogen wie ein Tischtuch und kann anschließend neu beschrieben werden.
Kloiber: Und was sind das für Schreib-Lese-Köpfe, die die Entwickler da im Auge haben?
Welchering: Da gibt es unterschiedliche Entwicklungen und unterschiedliche Experimente. Im Augenblick arbeiten die überwiegend mit kleinen Siliziumspitzen, die diese Vertiefungen dann mehr oder weniger in diese Plastikfolie stanzen. Und in dieser Siliziumsspitze hängt dann unter Umständen auch ein Sensor – auch das gibt es in einem Labor schon. Genaugenommen am Ende dieser Siliziumspitze. Und dieser Sensor ließt dann die Daten aus. Das heißt, immer wenn dieser Sensor eine Vertiefung wahrnimmt, meldet er: Ich habe ein Bit gefunden. Und diese Bits werden dann von einem Prozessor, von dem Prozessor, dem das gemeldet wird, zu einem Bitmuster verrechnet. Und das ergibt dann eine Datei. Und teilweise arbeiten die Entwickler dann auch mit getrennten Schreibköpfen und Leseköpfen. Das wird übrigens auch bei magnetischen Datenträgern inzwischen gut gemacht. Da sind die Schreibköpfe eben nur für das Beschreiben der Datenspuren zuständig. Und die Leseköpfe lesen die Datenspuren dann wieder aus, melden die Bits also an den Festplattenprozessor und der setzt die Datei dann Zusammen. Und da wird in den Laboratorien mit ganz vielen parallel arbeitenden Schreibköpfen und Leseköpfen experimentiert. Und der Vorteil dabei: Es kann enorm schnell weggespeichert oder ausgelesen werden. Aber das Ganze hat auch einen Nachteil: Je mehr Schreibköpfe oder auch Leseköpfe parallel und dadurch gleichzeitig arbeiten, desto größer ist der Koordinierungsaufwand. Es wird also sehr viel Prozessorleistung für die Koordinierung der parallelen Schreibköpfe und Leseköpfe benötigt.
Kloiber: In welchen Dimensionen bewegen wir uns eigentlich konkret? Wie groß sind diese Schreibköpfe oder Leseköpfe?
Welchering: Wenn man sich das eigentliche Schreib- oder Leseelement anschaut, dann sollen im Jahr 2014 diese Elemente gerade noch einmal sieben Nanometer, also sieben Milliardstel Meter groß sein. Und 2016 rechnet man mit knapp fünf Nanometern. Wobei, die stecken natürlich auch immer noch in einer Mechanik, sodass da schon noch einige Millimeter erreicht werden. Aber die Köpfe selbst sind sehr, sehr klein geworden. Und vor allen Dingen sind diese Köpfe selbst dann auch in einer Entfernung von drei Nanometern über dem Speichermedium positioniert. Und das hat dann zur Folge, dass die Speicherdichte insgesamt dann auch deutlich über 700 Megabit pro Quadratzentimeter auf diesen Speichermedien liegen dürfte. Also beispielsweise 200-Gigabyte-Festplatten können dann deutlich kleiner sein als eben 1,8 Zoll. Das ist im Augenblick der Formfaktor, mit dem in der Festplattenindustrie sehr intensiv gearbeitet wird. Außerdem werden heute pro Datensektor eben nur 512 Bytes gespeichert. Mit der Advanced Format Technologie kommen wir schon auf 4096 Bytes pro Sektor. Und 2016 werden das dann vermutlich 16.348 sein. Das heißt, da können mehr größere Dateielemente gespeichert werden und das hat dann eben zur Folge, dass sehr viel schneller geschrieben und gelesen werden kann. Also insgesamt haben wir es da mit einer wesentlichen Beschleunigung der gesamten Festplattenvorgänge zu tun.
Kloiber: Peter Welchering über neue Festplattentechnologien. Herzlichen Dank.