ladykiller0007
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jo warten wir auf HRD
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Jesterfox schrieb:Der Performancegewinn hängt natürlich davon ab, was man vorher drin hatte. Wenn man schon eine Raptor hat ist der Unterschied nicht so groß, wie wenn man von ner normale 7200er-Platte umsteigt.
Sind Laser die Zukunft der HDD?
Zwar beginnt der SSD-Markt gerade Fahrt aufzunehmen, Kinderkrankheiten werden behoben, die Übertragungsraten liegen mittlerweile über denen von herkömmlichen Festplatten und die Preise fallen. Trotzdem sind letztere immer noch zu hoch, um sich als günstiger Massenspeicher zu etablieren – die Chance für den „alten“ Magnetspeicher, sich nochmal neu zu positionieren.
Kurz: SSDs sind schnell, HDDs sind günstig. SSDs werden günstiger und was ist mit der HDD? Diese wird natürlich nicht abgeschrieben und soll mittels Laser wieder zum schnellen, günstigen Massenspeicher mutieren.
So entdeckte der ehemalige Doktorand und heute Dr. Claudiu Daniel Stanciu aus Rumänien während seiner Forschungszeit (2006), dass sich mittels eines Lasers in nur 40 Femtosekunden (4*10^-14 s) die Polarität eines Magneten ändern lässt. Eine geniale Entdeckung, die allerdings zuerst auf wenig Gegenliebe stieß. So war die Veränderung der Polarität durch Licht nach „damaligem“ Kenntnisstand schlicht nicht möglich. Nachdem der entsprechende Beweis erbracht wurde, gilt es nun auch als möglich, erklären kann sich das Phänomen aber noch keiner. Doch das hindert die Forscher nicht daran, bereits über praktische Einsatzmöglichkeiten nachzudenken.
Und hier treffen wir auch wieder auf die Festplatte. So sollen in naher Zukunft keine Magnet-Schreib-/Leseköpfe, sondern Laser ihren Dienst verrichten. Leider sind so genannte Femtosekundenlaser noch sehr teuer und auch die Komprimierung auf die entsprechende Größe kann ein Problem darstellen. Deshalb sollen vorerst Picosekundenlaser eingesetzt werden. Diese sind bereits heute im Bereich des technisch machbaren und auch die Preise bei marktreifen Produkten halten sich in Grenzen. Als Nachteil liegt die Datenübertragung bei „nur“ ca. einem Terabit pro Sekunde (Tbit/s), Femtosekundenlaser sollen hier bis zu 100 Tbit/s erreichen. Zum Vergleich: Die aktuell schnellsten Festplatten erreichen ca. 1 Gbit/s, sehr schnelle SSDs etwa 2 Gbit/s.
Erste Testläufe, die bereits ca. 100-mal schneller waren als die herkömmlicher Festplatten, wurden bereits im Sommer 2007 erfolgreich durchgeführt. Von wirklich praxisnahen Anwendungen war man allerdings noch entfernt. So war die Größe für einen „Datenpunkt“ bereits für damalige Verhältnisse zu groß. Aber zum Beispiel Seagate rechnet mit Speicherdichten von bis zu 50 Tbit/inch², was mindestens 40-50 TB im aktuellen 2,5“-Format möglich machen würden.
Dr. Stanciu selbst spricht von ungefähr 10-15 Jahren bis zur Marktreife entsprechender Produkte. Je nachdem wie stark das Interesse der entsprechenden Firmen ist – und das dürfte aufgrund der erstarkenden SSDs vorhanden sein –, dürfte dies sogar im Bereich des Machbaren liegen. Und wie man an Seagate sieht, ist zumindest ein großer Hersteller nicht abgeneigt. Allerdings können bei gänzlich neuen Technologien immer unverhofft Probleme auftreten.
Wie sich der Markt rund um die Femtosekundenlaser entwickelt, werden wir hoffentlich bald erfahren. Als kleiner Anreiz an alle jungen Forscher, die, die welche werden wollen, oder all' die, die Physik eh nur langweilig finden – der Nobelpreis für Physik wurde im Jahr 2007 „für die Entdeckung des Riesenmagnetwiderstands“ (GMR-Effekt) vergeben, welcher gewissermaßen die Grundlage jedes heutigen Magnetspeichers (HDD) ist.
Sind Laser die Zukunft der HDD? – Teil 2
Erst vor wenigen Tagen berichteten wir über den Einsatz von Lasern in Festplatten, welche die Geschwindigkeit dieser um ein vielfaches steigern werden. Doch war ein Teil der Informationen noch aus dem Jahre 2007 und auch einige Fragen aus dem Kommentar-Bereich sind interessant. So zum Beispiel ob es möglich ist, mit der Laser-Technik nur Daten zu schreiben oder auch Daten zu lesen? Wir haben uns daraufhin direkt mit Dr. Daniel Stanciu in Verbindung gesetzt – das Ergebnis der langen Unterhaltung können Sie nun hier lesen.
Die letzten Schätzungen seitens Daniel gingen von etwa 10-15 Jahren bis zur Marktreife entsprechender Festplatten aus – doch woran liegt das? Folgende Auflistungen stammen direkt von Daniel und wurden bestmöglich ins Deutsche übersetzt:
* Wie bekommt man einen Femtosekunden-Laser in eine HDD? Denn Femtosekunden-Laser sind groß und extrem teuer im Vergleich zu gebräuchlichen Massenspeichern.
* Wie können wir hohe Datendichten erreichen? Um hohe Datendichten zu ermöglichen, ist es nötig, den Laserstrahl zu fokussieren (wie bei optischen Laufwerken). Problematisch wird es hier in doppelter Hinsicht. Zum einen ist der zu fokussierende Punkt kleiner als die Wellenlänge des benutzten Lichts (Anm.d.Red.: Ein AMD-Mitarbeiter beschrieb dies passend als „Einen Lidschatten mit einer Malerrolle zu zeichnen“). Zum anderen wird zur Änderung der Polarisation des Magnetfeldes polarisiertes Licht benötigt. Leider wird die Polarisation bei optischen Elementen, welche ersteres ermöglichen, wieder aufgehoben.
Nun gelang es verschiedenen Forschergruppen, beide Probleme auf die eine oder andere Weise zu lösen.
* Ich war letztes Jahr bei Seagate zu einem Forschungsseminar und wir stellten uns die Frage: Was würde passieren, wenn wir einen Picosekunden-Laser (ps) nutzen? Sollten die Ergebnisse erfolgversprechend ausfallen, wäre der Einsatz kostengünstiger ps-Laser, welche klein genug für reale Speichermedien sind, möglich. Zusammen mit den Leuten von Seagate führte ich Experimente durch und wir hatten mit ps-Lasern Erfolg. Zwar liegt die Übertragungsrate damit vorerst bei maximal ~1 TBits/s (Standard HDD: 1 GBit/s), aber der Einsatz ist günstig genug – Problem gelöst!
* Das zweite Problem wurde von einem sehr bekannten Unternehmen aus Straßburg (Frankreich) gelöst. Sie schafften es, ein optisches Element zu entwickeln, welches zirkular-polarisiertes Licht fokussieren kann – Problem ebenfalls gelöst.
"Ich denke, wir sind aufgrund dieser Fortschritte heute nur noch circa 5 Jahre von kommerziell nutzbaren Technologien entfernt. Bezüglich Kooperationen mit Firmen – wie zum Beispiel Seagate – kann ich nur sagen, dass wir auf dem Gebiet arbeiten und uns oft beraten. Mehr Details kann ich euch dazu leider nicht geben. sc050.gif"
Die grundlegenden Probleme scheinen gelöst zu sein und die Entwicklung immer anwendungsorientierter zu werden. Doch wie sieht es nun damit aus, Daten zu lesen?
"Ja es gibt momentan kein bedeutsames Hindernis mehr, was gegen die Produktion von Datenspeichern mit Schreibköpfen auf Laserbasis spricht.
Was den Leseprozess betrifft, dieser kann ebenfalls mit Licht erfolgen. Genauer wird dazu der Faraday-Effekt benutzt. Dieser beschreibt die Änderung der Lichtpolarisation, nachdem der Laser von einer magnetischen Oberfläche reflektiert wurde."
Wir möchten uns abschließend noch ganz herzlich bei Daniel bedanken, der uns die gesamte Problematik, deren Problemlösung und einen kleinen Ausblick sehr ausführlich dargelegt hat. Wir halten Sie über die weiteren Entwicklungen auf dem Laufenden.
Optische Demagnetisierung von Spins durch Laserpuls dauert nur 100 Femtosekunden
Mit einem Laserpuls lässt sich ein Spin in nur 100 Femtosekunden umpolen – das hat jetzt ein in „Nature Materials“ veröffentlichtes Experiment ergeben. Dies wichtige neue Erkenntnis zeigt, dass neue optische Verfahren zukünftige magnetische Speichermedien um ein Mehrfaches gegenüber bisherigen Schreib-Leseköpfen beschleunigen könnten.
Wenn sich die magnetische Eigenschaft eines Metalls wie Eisen, Kobalt oder Nickel ändert, dann ist das ein äußerst komplexer Vorgang. Elektronen und auch die Schwingungen des Kristallgitters sind daran beteiligt. Sie beeinflussen unter anderem, wie schnell ein Magnet seine Richtung ändern oder durch Erwärmung unmagnetisch werden kann. Diese mikroskopischen Prozesse sind es auch, die beispielsweise die Schreibgeschwindigkeit beim magnetischen Speichern auf der Computer-Festplatte bestimmen. Hier ändert ein kurzer Magnetpuls die Magnetisierung eines Bits im Speicher.
Wie schnell kann ein Spin „flippen“
Doch auf der Suche nach besseren Speichermöglichkeiten richtet sich das Augenmerk der Forschung mehr und mehr auf die Spins von Atomen: die kleinste Einheit der Magnetisierung. Große Frage dabei. Wie schnell kann ein solcher Spin „flippen“ – also seine Magnetisierung umkehren. Die Antwort darauf hat nun ein Forscherteam der Technischen Universität Kaiserslautern mit Kollegen der Technischen Universität Eindhoven und des Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart im Experiment ermittelt. Als Folge gelang es ihnen, die Bewegung der Spins in einem einheitlichen Modell zu erfassen und im Detail zu beschreiben.
Laserpuls polt Spins um
Das dazugehörige aufwändige physikalische Experiment lässt sich vereinfacht mit einem Schulversuch mit Bunsenbrenner und Magnet vergleichen. Wird der Magnet mit dem Bunsenbrenner erwärmt, verliert dieser seine magnetische Anziehungskraft, da die Spins flippen. Anstelle des Bunsenbrenners verwendeten die Wissenschaftler jedoch ultrakurze Lichtpäckchen. Diese Lichtpulse des Lasers treffen auf einen Magneten in Form eines dünnen magnetischen Films mit einer Schichtdicke im
Nanometerbereich.
Die durch den Laser eingetragene Energie wird zunächst von den Elektronen aufgenommen. Diese geben die Wärme aber rasch an das magnetische System und damit die Spins weiter. Und tatsächlich: Die Spins flippten. Das optische Signal löste eine Änderung der Magnetisierung aus. Für zukünftige optische Computerbauteile wäre dies ein wichtiger Prozess.
Flip in 100 Femtosekunden
Aber wie schnell läuft das Ganze nun ab? Das konnten die Forscher nun erstmals feststellen. Die
Demagnetisierung erfolgte auf ultrakurzen Zeitskalen von rund 100 Femtosekunden (fs). Zum Vergleich: 100 Femtosekunden verhalten sich zu einer Sekunde so wie ein halber Tag zum Alter des Universums. In puncto Geschwindigkeit wäre damit diese neue, optische Strategie der gegenwärtigen Standard-Technologie in modernen Rechnern unter Einsatz kurzer Magnetfeldpulse weit überlegen. Ihre konsequente Anwendung verspricht eine Steigerung der Speichergeschwindigkeit um mehrere Größenordnungen.
In einem Zukunftsprojekt muss jetzt noch die laterale Ausdehnung des dünnen magnetischen Films auf Nanometergröße zu so genannten Nanodots schrumpfen. Durch intelligentes Maßschneidern der physikalischen Eigenschaften des Laserpulses erhoffen sich die Forscher, sogar einen einzelnen Nanodot zu demagnetisieren oder zu schalten - damit wäre ein Bit in Nanometergröße ultraschnell geschrieben.
(Technische Universität Kaiserslautern, 30.12.2009 - NPO)
Smulpa2k schrieb:Der Flaschenhals wird vorerst nur halb geweitet