Holografska memorija

Kada se spomene pojam "holografska memorija", na šta vas podsjeća? Vjerovatno vam padnu na pamet razne tehnologije iz SF filmova ili Star Trek serijala. Do prije desetak-petnaest godina bi siguo smatrali da je nešto takvo moguće u dalekoj budućnosti ili kad sami uđemo u duboku starost.

Iako se pristup ovoj tehnologiji pravi još od ranih šezdesetih godina, tek je u zadnjih nekoliko godina postignut značajan uspjeh u području holografske memorije. Ideja o pohrani podataka na holografski medij potječe od Polaroidovog zaposlenika Pieter J. Van Heerdena (1963). Međutim, njegove ideje su zahtijevale jako skupe materijale i ogromne laserske sklopove, tako da jednostavno nije bilo načina da se započne ozbiljnije istraživanje, a u međuvremenu magnetne i poluprovodničke tehnologije su osjetno pojeftinile i ostavili razvoj holografskih memorija po strani. Čak su i inženjeri u kasnim osamdesetim godinama bili skeptični, ali istraživanja početkom devedesetih godina su pokazala da nije nemoguće usavršiti tu tehnologiju, i ono najbitnije - učiniti je funkcionalnom.

Malo je poznata činjenica da se tehnologija pohranjivanja podataka na magnetne medije bliži svom vrhuncu. Magnetne čestice, koje su nosioci podataka na takvim medijima, moraju biti sve više sabijene i približene jedna drugoj, sa svrhom povećanja kapaciteta. Neće proći još dugo vremena kad će te iste čestice početi dolaziti u konflikt sa susjednim česticama i pri tome znatno umanjivati pouzdanost očuvanja podataka na medijima, čineći ih uvjetno rečeno neprikladnim za rad. Iako se u posljednje vrijeme radi na usavršavanju flash memorija i njihovom proširivanju, još uvijek mali kapacitet, kao i činjenica da dijeli slabosti sa magnetnim uređajima za pohranu podataka, ne predstavlja dostojnog konkurenta holo tehnologiji. Kao što je CD zamijenio floppy diskove kao primai medij za prijenosnu pohranu podataka, tako je vrlo moguće da holografski sklopovi jednog dana zamijene današnje tvrde i magnetne diskove. O čemu se zapravo radi? Magnetne trake, CD i DVD diskovi pohranjuju bitove podataka u dvije dimenzije, dakle koriste samo površinu. Holografske memorije bi pored površine trebale koristiti i zapreminu, odnosno sve tri dimenzije, a sve s ciljem povećanja kapaciteta i brzine prenosa podataka. U daljem tekstu upoznat ćete se sa sofisticiranim holografskim sklopovima i principima njihovog rada kao i zapisivanja podataka.


Holografska memorija (ili samo Holo memorija), omogućava snimanje oko 1TB (terabajta; 1000 gigabajta) podataka na kristal veličine kocke šećera. Gledajte to kao kapacitet nekih 1000 CD-ROM diskova. Proteklih desetak godina DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), IBM i Lucent-ov Bell Labs, vratili su interesovanje javnosti i inženjera u holografske memorije.


Iako se Lucent-ovi i IBM-ovi sklopovi i prototipi razlikuju u nekim stvarima, holografski sistemi pohrane podataka (engl. Holographic Data Storage Systems, skr. HDSS), se sastoje od nekoliko osnovnih komponenti:

 *plavo-zeleni argonski laser
 *razdjelnici laserske zrake
 *ogledala za usmjeravanje las. zrake
 *LCD ekran (prostoi svjetlosni modulator, engl. spatial light modulator ili SLM)
 *Leće za fokusiranje lasera
 *CCD (Charge coupled device) kamera
 *Fotopolimer ili litij-niobat kristal


Prilikom paljenja lasera, razdjelnik načini dvije zrake - signalnu odn. podatkovnu (signal/data beam), i referentnu (reference beam). Signalna zraka ide ravno, odbija se od jedno od ogledala, i putuje kroz SLM. SLM predstavlja mali LCD monitor koji prikazuje stranice sirovih binaih podataka kao svijetla i tamna polja. Informacija sa binae stranice se prenosi kroz signalnu zraku sve do kristala koji je osjetljiv na svijetlo. Neki sistemi koriste i fotopolimer umjesto kristala. Druga zraka (referentna) putuje drugim putem do kristala. Kada se ove dvije zrake sastanu na kristalu, na tom mjestu se utiskuju podaci koji su prethodno bili sadržani u signalnog zraci. Novonastali podaci se upisuju kao hologram.


Prednost holografskog sistema je da se čitavoj stranici podataka (eng. data page) može pristupiti trenutno, a ne bajt po bajt kako smo navikli kod ostalih optičkih uređaja. Da bi se pristupilo hologramu unutar kristala, i istovremeno se rekonstruirao, referentna zraka mora pasti na holomedij na istom mjestu i pod istim uglom gdje je bila kad su se podaci upisivali uz pomoć signalne (podatkovne) zrake. Svaka stranica je smještena na drugačijem mjestu i pod određenim uglom na kristalu. Tokom rekonstrukcije podataka, kristal će odbiti zraku na onom mjestu gdje se nalazi željena informacija i proslijediti je u CCD kameru, koja će interpretirati zraku i proslijediti je u digitalnom obliku u računar.

Ključna stvar je ugao u kristalu na koji pada referentna zraka da bi se očitali sirovi podaci. Referentna zraka prilikom čitanja mora odgovarati referentnoj zraci prilikom upisa podataka u hiljaditi dio milimetra, jer se u protivnom podaci neće moći vratiti. Iako vam je sve ovo dosad možda bilo malo konfuzno, vjerovatno se pitate kada će ova tehnologija zaživiti u našim kompjuterima i kućnim kinima. Nakon skoro trideset godina razvoja, skepticizma, testiranja, možemo reći da su glavni problemi anulirani. Sada moramo čekati da ove tehnologije usavrše i postanu prihvatljive za masovnu proizvodnju.


U proljeće, u Las Vegasu, firma InPhase (koja je uporedo sa IBM-om napravila najviše napretka u oblasti holografske memorije) u saradnji sa Maxell-om, je predstavila prvi funkcionalni holografski uređaj kodnog imena Tapestry. Prototip je sadržavao 300 gigabajtni disk, koji po riječima predstavnika kompanije, može pohraniti preko 35 sati video zapisa visoke rezolucije, a sve to na jednom 12cm holo disku. Prilikom prezentacije korišten je Windows PC sa SCSI interfejsom (što je zasad obavezno za ove tipove uređaja), dok je firma Pegasus programirala adekvatne drivere. Izgleda da će 300GB diskovi biti najmanjeg kapaciteta u Tapestry liniji proizvoda, sa nagovještajem proizvodnje 1.6TB (terabajta) holo diskova. Tokom prezentacije, prototip je radio konstantnom brzinom od 27mbit/s. Ne treba ni napominjati kolika je prednost u mogućnosti istovremenog čitanja i zapisivanja podataka.


Za razliku od konvencionalnih CD i DVD čitača koji se konstantno vrte prilikom pristupa podacima, holografski diskovi i kristali se prilikom čitanja podataka ne vrte, već se u zavisnosti od lokacije podataka na disku samo "namještaju" prema laseru, koji nakon toga sam namješta upadni ugao referentne zrake. Tu naravno postoji i jedan izuzetak. Naime, japanska firma Optware Corp. (osnovana 1999. i konstantno se bavila istraživanjem u oblasti holografskih medija i uređaja) je uspješno napravila 12 centimetarski holodisk sa sličnim svojstvima već dobro poznatih DVD uređaja. Inženjeri u Optware-u su uspješno napravili tzv. kolineau holografsku tehniku koja je omogućila po prvi put drastično smanjivanje holografskog uređaja zbog ujedinjavanja signalne i referentne laserske zrake u jednu. Podaci se snimaju na medij u vidu traka, koje se čak i prostim okom mogu vidjeti. Trenutni kapacitet je 1TB.


Još jedan primjer pristupa ovoj vrsti skladištenja podataka dolazi iz Cambridgea u Engleskoj. Firma pod nazivom Polight Technologies razvila je disk sa staklastim premazom koju su nazvali holonid (engl. holonide), koji bi trebao donijeti još veću gustoću i siguost podataka. Govori se o izbacivanju 500GB diska u 2006. godini.

Za kraj, mala rekapitulacija i prognoza. Dakle kao sto ste mogli zaključiti iz ovog članka, holografski tipovi memorije su zasiguo budućnost pohrane podataka. Samo je pitanje da li nam to u ovom trenutku uopće treba. Budući da su specifikacije Blu Ray, kao i HD-DVD medija već gotove, dolazak novog standarda na tržište je financijski i marketinški upitan.

Krenimo prvo od pozitivnih strana holografskih uređaja. Kao prvo, na raspolaganju ćete imati ogromne kapacitete - od nekih 200-300GB za početak pa sve do trenutno nezamislivih 2TB i više. Velikim distributerima filmova, muzike, igara i drugih vidova softvera će se pogotovo svidjeti ovaj novi standard, zbog gotovo nemoguće piratizacije naslova - nelegalni prodavači softvera će morati posjedovati istu, (pre)skupu opremu koja je potrebna za fabričko presovanje medija, tako da pirati neće imati šansu da uspješno "provale" i ilegalno distribuiraju naslove. Pored velikih kapaciteta, prisutne su i velike brzine prijenosa podataka (čitanje cijelog DVD filma za nekih 30 sekundi, mada u ovom području ima dosta variranja), kao i spomenuta mogućnost istovremenog čitanja i pisanja. Ako tome pridodamo samu prirodu zapisivanja, kao čitave stranice kodiranih podataka, umjesto sekvencijalnog bit-po-bit transfera, imamo tehnologiju koja teško da može podbaciti.


Ali dolazimo i do (nažalost) mnogobrojnih problema. Budući da svaka kompanija ima svoju viziju holografskog sistema, još uvijek postoji jako malo zajedničkih stvari među proizvodima pojedinih firmi (jedino je fundamentalna ideja ista). Kada sve firme sjednu za stol, i dogovore zajednički standard holo tehnologije, onda možemo govoriti o velikom napretku. Za sada jednostavno nije isplativo i za firme i kupce plasirati ovakve (šarolike) proizvode na tržište (iako postoje svi potrebni materijali za proizvodnju). Za početak, ove tehnologije će se vjerovatno nalaziti u velikim mainframe računarima i serverima, gdje će zamijeniti tvrde i MO diskove, sa postepenim ulaskom među potrošačku elektroniku. Također, još nije detaljno riješen problem deterioracije holograma u samom mediju, što ostavlja još neko vrijeme ove uređaje u prototip fazi. Prvi komercijalni uređaji (ne pitajte za cijenu) su najavljeni za kraj 2006. i početak 2007. godine. Ako mislite da je rat između DVD + i - standarda doveo do zbrke, čekajte da se pojave holografski uređaji i adekvatni mediji za računare. Izgleda da ćemo morati da trpimo "jadne" Blu Ray i HD-DVD medije do pojave HVD (holographic versatile disc) diskova i 3D fimova u našim sobama.