Forscher wollen 580 TB auf eine Magnetbandkassette bringen

Neuer Weltrekord für Speicherdichte

Forscher von IBM und Fujifilm haben im Rahmen ihrer langjährigen Zusammenarbeit einen neuen Weltrekord bei der Datenspeicherung auf Magnetband aufgestellt – den sechsten gemeinsamen Weltrekord seit 2006. Das Speicherpotenzial einer einzelnen Bandkassette mit dieser neuen Technologie würde etwa 580 Terabyte Daten speichern können.

  • Mark Lantz, IBM Research Europe

    Der Leiter des Forschungsteams Mark Lantz (IBM Research Europe) vor dem Versuchsaufbau.

Erreicht wurde eine Flächendichte von 317 GB/in2 (Gigabit pro Quadratzoll) auf dem von Fujifilm entwickelten Prototypen eines mit Partikeln aus Strontiumferrit (SrFe) beschichteten Magnetbandes. Dies ist etwa 27-mal mehr als die Flächendichte bei den aktuellen kommerziellen Bandlaufwerken.

Die jetzt angedeutete potenzielle Kapazitätsverbesserung liegt insgesamt beim 32-fachen gegenüber den 18 TB einer LTO9-Kassette (dem im September angekündigten Industriestandard-Magnetbandprodukt) und beim 29-fachen der aktuellen Bandprodukts TS1160 der Jaguar-Familie von IBM. Zum Vergleich: 580 TB entsprechen 786.977 CDs, die 944 Meter hoch gestapelt sind, also höher als der Burj Kalifa, das höchste Gebäude der Welt. Und das auf einer Bandkassette, die in eine Handfläche passt.

Oldie – but Goldie

Das Magnetband war vor über 60 Jahren – damals mit einer anfänglichen Kapazität von etwa 2 MB noch auf einer Spule – der allererste externe Digitalspeicher für Computer, hat sich aber im Laufe der Zeit in punkto Performance und Zuverlässigkeit enorm verbessert. Die aktuelle Tape-Generation verwendet als magnetische Beschichtung des Bandes Partikel aus Bariumferrit (BaFe); mit dieserTechnologie könnte eine einzelne Bandkassette im Format Linear Tape Open (LTO) 220 Terabyte unkomprimierter Daten speichern, wurde bereits 2015 unter Beweis gestellt. Die erreichte Rekordmarke seinerzeit: 123 Gigabits pro Quadratzoll.

Irgendwann werden die BaFe-Partikel jedoch zu klein, um von den Schreib/Leseköpfen des Tape-Laufwerks sicher erkannt zu werden. Um die Dichte weiter zu erhöhen, ist Fujifulm deshalb zurück ins Chemielabor gegangen und hat ein neues Material gefunden: Strontiumferrit (SrFe) kann zu kleineren Partikeln (etwa nur noch halb so groß wie bei BaFe) mit „überlegenen Eigenschaften“ hergestellt werden, was insbesondere die höhere Speicherdichte auf der gleichen Menge an Band bedeutet.

Zusätzlich zur Einführung von SrFe-Partikel-Magnetband wurden eine Reihe weiterer Technologien entwickelt, um diesen neuen Rekord zu erreichen. Dazu gehört eine reibungsarme Bandkopftechnologie, die eine Verwendung der wegen der kleineren Partikel sehr glatten Bandmedien ermöglicht, und einem Detektor, der Daten zuverlässig erkennt, die auf die SrFe-Medien mit einer linearen Dichte von 702 Kbpi geschrieben wurden, sobald sie mit einem ultra-schmalen 29 nm breiten TMR-Lesesensor zurückgelesen werden.

Kopfpositionierung bis auf 3,2 nm genau

Aber das ist noch längst nicht alles, denn es sind auch innovative servomechanische Technologien zu erwarten, wie etwa ein neues Servomuster, das in den Servospuren voraufgezeichnet ist. Verarbeitet wird das von einem neuartigen Kopf-Aktuator (für den die Forscher bereits einen Prototypen entwickelt haben) und einen Satz von Servocontrollern. Im Wesentlichen sind es die Servospuren, die dem Servocontroller helfen, eine präzise Positionierung der Schreib-/Leseköpfe relativ zum Band mithilfe des Kopf-Aktuators aufrechtzuerhalten.

Die neuen Servotechnologien ermöglichten nach Angaben der Forscher eine Kopfpositionierung mit einer Weltrekordgenauigkeit von 3,2 nm. Diese Präzision ist wichtig, denn wenn ein Band gelesen wird, flitzt es mit einer Geschwindigkeit von etwa 15 km/h über den Kopf. Mit den neuen Servotechnologien sind die Hersteller auch dann immer noch in der Lage, den Bandkopf mit einer Genauigkeit zu positionieren, die etwa der 1,5-fachen Breite eines DNA-Moleküls entspricht.

IBM schätzt, dass sich heute mehr als 345.000 Exabyte an Daten in Bandspeichern befinden. Mit den jüngsten Fortschritten soll nach den jüngsten Einschnitten bei der LTO-Roadmap unter Beweis gestellt werden, dass die Skalierung der Band-Roadmap für ein weiteres Jahrzehnt durchaus möglich ist. Ob sie auch wirtschaftlich in dem Tempo sinnvoll ist, bleibt abzuwarten. Stand der Dinge ist, das bis zur nächsten Generation LTO10 voraussichtlich noch mit BaFe-Beschichtungen gearbeitet wird.

Ein Kandidat für die neue Strontiumferrit-Technologie wäre LTO11, das vermutlich 2027 auf den Markt kommt; dann wäre die neue SrFe-Beschichtung der Bänder mit den entsprechenden Schreib/Leseköpfen und der notwendigen Servotechnik für eine exakte Führung des streamenden Magnetbandes vermutlich produktreif.

Das kostengünstigste Speichermedium

Für Backup und Archivierung ist Tape nach wie vor das kostengünstigste Speichermedium – und das soll nach dem Willen der einschlägigen Hersteller auch so bleiben. Die Speicherung von Daten auf Band kostet aktuell nur wenige Cent pro Gigabyte – und wenn es nicht in Gebrauch ist, benötigt Band im Gegensatz zu Festplatten und Flash keine Energie. Einfach ausgedrückt: Auf Band gespeicherte Daten stellen sicher, dass Cloud-Anbieter und große Rechenzentren alle benötigten Daten dann zur Verfügung haben, sobald sie sie brauchen. Darüber hinaus werden Daten, die heute auf Band aufgezeichnet werden, bei richtiger Lagerung auch in 30 Jahren noch lesbar sein.

Auch manche Herausforderungen rund um Datenschutz und -sicherheit lassen sich mit Bändern meistern, denn sie können eine entscheidende Rolle beim Schutz vor Cyberangriffen und Ransomware spielen. Der Grund ist einfach: Sie können sowohl physisch als auch logisch von allen bekannten elektronischen Verbindungen getrennt werden, was eine physische Barriere – gern „Air Gap“ genannt – aufbaut, die ausgefeiltere Angriffe abschwächen kann, die sonst einfach viele Daten beschädigen könnten. Außerdem wird bereits am Quanten-Safetape-Laufwerk, das im vergangenen Jahr demonstriert wurde und die Verschlüsselung der Daten noch sicherer machen soll

Bei einem durchschnittlichen Datenwachstum von 61 Prozent pro Jahr sehen die Forscher einen weiteren klaren Vorteil der Bandtechnologie in ihrem Skalierungs-Potenzial. Da die Größe der Bits, die in kommerziellen Bandsystemen verwendet werden, aufgrund der aktuellen Flächendichte der Speicherung auf Tape im Vergleich zu Festplattenbits immer noch recht groß ist, hat das Band viel Spielraum, um die Bits weiter zu schrumpfen und die Kapazität zu steigern.

©2021Alle Rechte bei MEDIENHAUS Verlag GmbH

Unsere Website verwendet Cookies, um Ihnen den bestmöglichen Service zu bieten. Durch die weitere Nutzung der Seite stimmen Sie der Verwendung zu. Weitere Infos finden Sie in unserer Datenschutzerklärung.

ok