IBM Forscher erzielen erneut Weltrekord in Magnetband-Speichertechnologie

IBM Forscher erzielen erneut Weltrekord in Magnetband-Speichertechnologie
IBM-Forscher Dr. Mark Lantz. (Foto: IBM)

Tsukuba / Rüschlikon – Wissenschaftler von IBM Research – Zürich haben erstmals Daten mit einer Speicherdichte von 201 Gigabits pro Quadratzoll (rund 6,45 cm²) auf einem vom japanischen Unternehmen Sony Storage Media Solutions entwickelten sputtered magnetic tape-Prototypen geschrieben. Dies entspricht einer Steigerung der Speicherdichte um das mehr als 20-fache im Vergleich zu neuesten, kommerziell erhältlichen Magnetband-Speichersystemen, wie z.B. dem IBM TS1155 Bandlaufwerk. Die Technologiedemonstration wurde heute auf der 28. Magnetic Recording-Konferenz (TMRC 2017) in Tsukuba, Japan, präsentiert. Damit stellten die IBM Forscher zum fünften Mal seit 2006 einen neuen Weltrekord in der Speicherdichte von Magnetbandspeichern auf.

Magnetbandspeicher erleben aktuell eine Renaissance. Erfunden vor mehr als 60 Jahren sind sie heute eine der sichersten, energieeffizientesten und kostengünstigsten Technologien zur Speicherung und Archivierung enormer Datenmengen. Üblicherweise werden sie z.B. in der lokalen Datensicherung in Rechenzentren, für Disaster-Recovery-Lösungen oder zur Einhaltung gesetzlicher Auflagen zur Datenaufbewahrung verwendet. Die Industrie nutzt sie jedoch auch vermehrt für neue Anwendungen wie z.B. in den Bereichen Big Data oder Cloud Computing.

Mit der nun präsentierten Technologie könnte eine handtellergrosse Kassette bis zu 330 Terabytes (TB) an unkomprimierten Daten speichern*. Diese Datenmenge entspricht der Textmenge von 330 Millionen Büchern, die aneinander gereiht die gesamte Länge Japans überragen würden. Mit dem nun demonstrierten Rekord zeigen die IBM Wissenschaftler erneut, dass die Roadmap für die Skalierung in der Magnetbandspeichertechnologie noch für mindestens ein Jahrzehnt fortgeführt werden kann.

„Im Vergleich zu heutigen kommerziellen Barium-Ferrit-Speicherbändern werden die Kosten für mit dem Sputter-Verfahren hergestellte Magnetbänder voraussichtlich etwas höher sein. Aber dank des sehr hohen Speicherpotenzials werden die Kosten pro TB dennoch konkurrenzfähig mit anderen Speichertechnologien sein. Damit bietet sich die Technologie auch für den Einsatz im sogenannten Cold Storage, also der Speicherung von wenig genutzten Daten, in der Cloud an“, erklärt Evangelos Eleftheriou, IBM Fellow und Leiter des Cloud & Computing Infrastructure Departements des IBM Forschungszentrums in Rüschlikon.

Um die Speicherdichte von 201 Milliarden Bits pro Quadratzoll zu erzielen, nutzen die Wissenschaftler ein von Sony Storage Media Solutions entwickeltes Speicherband, bei dem die Magnetschicht mittels Kathodenzerstäubung (engl. sputter deposition) aufgetragen wurde. Durch dieses Verfahren sind eine extrem feine Verteilung der Magnetpartikel auf dem Band und damit eine höhere Speicherdichte möglich.

Technologien für Bandspeichersysteme weiterentwickelt
Ausserdem entwickelten die IBM Wissenschaftler verschiedene wichtige Technologien für Bandspeichersysteme weiter: Innovative Algorithmen zur Signalverarbeitung im Datenkanal ermöglichen eine zuverlässige und sehr schnelle Datendetektion trotz Einsatz eines extrem schmalen, 48-nm-breiten, tunnel-magnetoresistiven (TMR) Lesekopfes und bei einer linearen Dichte von 818,000 Bits pro Zoll. Eine verbesserte Servo-Steuertechnik erlaubt eine hochpräzise Positionierung des Lese- und Schreibkopfes mit einer Genauigkeit von weniger als 7 nm und ermöglicht damit eine Spurdichte von 246,200 parallelen Spuren pro Zoll, also dem 13-fachen des aktuellen TS1155 Bandlaufwerks. Ausserdem erlaubt eine neuartige Technologie für reibungsarme Lese- und Schreibköpfe die Verwendung von extrem glatten Magnetbandoberflächen.

IBM und Sony Storage Media Solutions arbeiten bereits seit mehreren Jahren insbesondere bei der Erhöhung der Speicherdichte von Magnetbandspeichern eng zusammen. Aus dieser Kooperation entstanden mehrere technologische Verbesserungen im Bereich der Speichermedien, wie z.B. ein fortschrittliches Rolle-zu-Rolle-Verfahren zur Herstellung von langen Magnetbändern im Sputter-Verfahren und eine verbesserte Schmiermitteltechnik, die die Lauffähigkeit von Magnetbändern unterstützt.

Viele der in den letzten Jahren von IBM Wissenschaftlern und Kooperationspartnern für die Demonstration von neuen Speicherdichterekorden entwickelten Technologien werden bereits in IBM Magnetbandspeicherprodukten eingesetzt, wie z.B. eine auf noise predictive maximum likelihood detection basierende Datendetektion sowie die erste Generation von Barium-Ferrit-Magnetband, welche beide 2007 erstmals demonstriert wurden.

IBM hat eine lange Geschichte von Innovationen im Bereich der Datenspeicherung auf Magnetband. Das erste kommerzielle Tape-Produkt, die 726 Magnetic Tape Unit, kam vor über 60 Jahren auf den Markt. Die verwendeten Spulen mit einem Magnetband von einem halben Zoll Breite hatten eine Speicherkapazität von 2 Megabyte. Verglichen mit IBMs erstem Bandspeicherprodukt erzielt die heute angekündigte Demonstration eine mögliche Erhöhung der Speicherkapazität um das 165,000,000-fache. Diese Ankündigung bestätigt erneut IBMs kontinuierliches Engagement und Führerschaft in der Magnetbandspeichertechnologie. (IBM/mc/ps)

* Unter Annahme des gleichen Format-Overheads wie beim TS1155-Format und einer Verlängerung der Bandlänge um 6.4% aufgrund des dünneren Demobandes. Eine TS1155 JD Kassette kann 15 TB unkomprimierte Daten in einem Formfaktor von 4.29 in. x 4.92 in. x 0.96 in. (109.0 mm x 125 mm x 24.5 mm) speichern.

Zum Paper:
201 Gb/in² Recording Areal Density on Sputtered Magnetic Tape, Simeon Furrer, Mark A. Lantz, Peter Reininger, Angeliki Pantazi, Hugo E. Rothuizen, Roy D. Cideciyan, Giovanni Cherubini, Walter Haeberle, Evangelos Eleftheriou, Junichi Tachibana, Noboru Sekiguchi, Takashi Aizawa, Tetsuo Endo, Tomoe Ozaki, Teruo Sai, Ryoichi Hiratsuka, Satoshi Mitamura, and Atsushi Yamaguchi, DOI 10.1109/TMAG.2017.2727822, IEEE Transactions on Magnetics, http://ieeexplore.ieee.org/document/7984852/

Weiterführende Informationen über die Geschichte und Entwicklung von Magnetbandspeichern bei IBM: http://www.ibm.com/ibm/history/ibm100/us/en/icons/tapestorage/

Details zu der Magnetbandtechnologie: http://www.research.ibm.com/labs/zurich/sto/tape/arealdensity.html

Über IBM Research – Zürich
IBM Research – Zürich ist der europäische Zweig der IBM Forschung, die mit weltweit rund 3000 Mitarbeitenden an 12 Standorten eine der bedeutendsten industriellen IT-Forschungsorganisationen darstellt. Das Labor wurde 1956 gegründet, befindet sich seit 1963 an seinem heutigen Standort in Rüschlikon und hat sich durch technische und wissenschaftliche Leistungen, darunter zwei Nobelpreise, den Ruf einer weltweit führenden Forschungsinstitution erworben. Heute forschen Wissenschaftler aus mehr als 45 Nationen an Themen wie Nanotechnologie, der Entwicklung künftiger Computersysteme und Speichertechnologien, Cloud Computing, Schutz von Daten und Privatheit, Supercomputing und Simulation, Big-Data-Analytik und Cognitive Computing. www.zurich.ibm.com

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