Десять заповедей архивариуса, или Еще раз о критериях выбора

Лаврентий Лишин, Игорь Лишин

Как известно, в России в настоящий момент не существует четких критериев, по которым можно было бы сравнивать действующие, а еще лучше и вновь разрабатываемые системы хранения информации. Пожалуй, главная сложность при выработке критериев заключается, прежде всего, в выборе эталона для сравнения: каждый разработчик считает самыми ценными те качества архива, в которых именно он сумел достичь наибольших успехов. При таком подходе трудно говорить не только об объективности, но и о самой возможности сравнения и оценки, поэтому начнем с выбора эталона.

Американцы говорят, что самый лучший компьютер и самое лучшее хранилище информации находится у нас на плечах. И действительно, сложно придумать такую систему, которая бы превзошла человеческий мозг по универсальности, скорости доступа и надежности. В самых экстремальных условиях, будь то жара, холод, чудовищные перегрузки или стрессы, наш мозг помогает нам решать сложнейшие задачи в «ясном уме и твердой памяти».

На последнее хотел бы обратить особое внимание: у мозга человека память твердая. Мозг не имеет каких-либо движущихся, вращающихся или перематывающихся частей, при этом обеспечивается поразительное быстродействие, скорость доступа, поиск по фантастическому числу параметров и так далее.

Исходя из этого, современные системы хранения информации должны отвечать следующим требованиям:

1. Автоматическое архивирование и систематизация

2. Трехмерная, т. е. объемая запись информации

3. Высокая плотность записи

4. Долговременность хранения

5. Поиск по смысловым, аудио- и видеопризнакам

6. Прямой доступ к информации

7. Высокая скорость считывания

8. Отсутствие механических частей

9. Широкое распространение технологии

10. Легкое воспроизведение технологии.

Назовем перечисленные критерии десятью заповедями архивариуса и посмотрим, что же предлагает конструкторская мысль с точки зрения выполнения этих требований.

Автоматическое архивирование и систематизация (пункт 1) остается самым слабым местом. Без использования человеческого труда, т. е. способностей человеческого мозга, эта операция обойтись не может. Более того, до сих пор до конца не выработано даже единых критериев систематизации для текстовых документов, что же говорить о видеоинформации? Результативность поиска по смысловым, аудио- и видеопризнакам (пункт 5) напрямую зависит от первого пункта, а значит, и от эффективности человеческого труда. Все это имеет прямое отношение к программному обеспечению архива.

Остальные пункты связаны с носителем, на котором хранится информация. До последнего времени запись производилась двумерным способом, при этом ленточные и дисковые носители с переменным успехом боролись друг с другом, так как у каждого были свои достоинства и недостатки.

Ленточные носители на катушках и в кассетах. Эти носители имеют псевдо-трехмерную запись информации (в объеме рулона) и высокие показатели плотности записи и скорости считывания. Декларируемый срок их хранения для наиболее современных систем (LTO) — 30 лет.

Однако в случае с ленточными носителями для доступа к информации требуется перемотка. Чем быстрее доступ, тем выше скорость перематывания ленты, сложнее и дороже лентопротяжный механизм, больше износ ленты. Стоимость такого носителя невысокая, однако существуют затраты на эксплуатацию помещений с особым климатическим режимом, а также требуется регулярная профилактика и ремонт техники в течение заявленных 30 лет. Кроме того, современные ленточные архивы никак не связаны с разрабатываемыми системами производства видеоконтента. Скорее всего, через 30 лет применяемые для архивирования ленточные технологии будут либо полностью утеряны (как это постепенно происходит со старыми форматами «дюйм», «полдюйма» и даже Betacam), либо производство оборудования, необходимого для функционирования этих архивов, станет сравнимо по стоимости с полетами на Луну.

Дисковые носители. Дисковые носители имеют ряд преимуществ: механическое оборудование для их воспроизведения проще, производство поставлено на поток, форматы записи оптических дисков получили самое широкое распространение, к тому же возможен прямой доступ к информации. Но и здесь есть недостатки. До последнего времени информация записывалась на поверхности оптического диска (т. е. двумерно). Плотность записи и скорость считывания во многих случаях были недостаточными для записи цифровых телевизионных потоков без сжатия, к тому же срок хранения таких носителей сравнительно небольшой.

В последнее время усилия разработчиков были направлены на то, чтобы убрать недостатки и объединить достоинства ленточного и дискового подходов, что частично удалось воплотить в голографических системах. Плотность записи и скорость считывания таких устройств в разы превосходит даже ленточные носители. Лидерами технологий в области голографических дисков являются InPhase (технология Tapestry) и Альянс HVD (стандарт HVD) [ 1].

Технология Tapestry. Схема записи информации

Компании InPhase Technologies, Hitachi Maxell, Pegasus Disk Technologies, Turner Entertainment Networks провели испытания системы Tapestry. В технологии голографической записи Tapestry [2] лазерный луч делится на записывающий и опорный. Через специально разработанный модулятор записывающий луч создает голограмму в объеме диска.

Создатели Tapestry утверждают, что им удалось создать двухкомпонентный фотополимер, обладающий при толщине слоя 1 мм такими отличительными особенностями, как высочайшая светочувствительность, динамика реакции, оптическая прозрачность (при линейности ее характеристики в зависимости от толщины слоя), термическая и временная стабильность, устойчивость к воздействию при считывании. Декларируется, что стойкость носителя — более пятидесяти лет, что дает возможность использовать технологию Tapestry для долговременного архивирования.

Технология Tapestry. Зависимость емкости от размера носителя

Для записи используются диски диаметром до 130 мм.

На устройство типа WORM (write-once read many) емкостью 300 ГБ возможно записать 2100 минут (35 часов) видео вещательного качества менее чем за четыре с половиной часа (250 минут).

При воспроизведении используются опорный луч и детектор.

Скорость считывания — 960 Мбит/с. При этом InPhase уже добилась высочайшей плотности записи на уровне 515 ГБ на квадратный дюйм носителя. Однако варьирование фазы, частоты, поляризации и угла падения луча позволяет существенно увеличить объем записываемой информации. Теоретически емкость диска может составлять 1,6 ТБ.

Технология Tapestry. Схема считывания информации

В начале 2006 года было объявлено о создании прототипа коммерческого рекодера [3]. Была проведена пробная голографическая запись и выдача в эфир телевизионной программы на канале Turner Network Television [4]. Коммерческая телегруппа Pappas Telecasting планирует запустить в начале 2007 года в торговом центре «Рено» новую автоматизированную вещательную аппаратную «Хрустальный дворец». Это должен быть полностью цифровой, HD-мультстандартный, интегрированный в автоматизированный архив комплекс с технологией Tapestry [5].

Разработчики считают «Хрустальный дворец» прообразом региональной телекомпании, что говорит о доступности цен на данное оборудование. Удобно то, что полностью интегрированный в систему производства и вещания архив может пополняться носителями для видеокамер. Также возможно сделать его прямым источником эфирного сигнала без перезаписей и преобразований. Кстати, именно эта особенность кассетных архивов Betacam и DVCPro до сих пор высоко ценится работниками оперативного вещания.

К настоящему моменту уже разработаны DVD-R (Red 680 нм), DVD-B (405-407 нм) рекордеры, а также приводы ROM и PCMCIA для бытового использования. В феврале этого года InPhase начала коммерческие поставки дисков по цене 180 долл. за штуку (300 ГБ), а также рекордеров (18000 долл.). Среди заказчиков — Turner Broadcasting, Lockheed Martin, Deutsche Bank, ESA, Siemens Medicalz, Volkswagen и др. Перезаписываемые диски появятся в 2008 году [6].

Схема оптической структуры диска и системы коллинеарной голографической записи

Итак, технологии InPhase позволяют обеспечить семь с половиной из десяти заповедей архивариуса (2, 3, 4, 6, 7, частично 8, 9, 10). Половину восьмой заповеди мы можем отнести на счет дисковой технологии, так как ее механика проще, чем ленточная.

Еще один голографический стандарт HVD базируется на разработках японской фирмы Optware. В отличие от технологии InPhase, здесь используются диски, имеющие отражающий форматированный слой.

Применение разработчиками дихроидного зеркала позволило разделить плоскости отражения опорного и кодируемого лучей. Разработка Optware дает возможность использовать для записи и воспроизведения простую коллинеарную оптическую систему и носители, аналогичные DVD.

Диски в перспективе будут иметь емкость до 3,9 ТБ и выше, а скорость передачи информации достигнет 1 Гбит/с. Прототипы записывающих устройств были выпущены еще в 2003 году [7,8]. В этом году компания планирует начать производство продукции, рассчитанной на потребительский рынок. На первом этапе емкость записываемых «болванок» составит 200 ГБ.

Но даже в этом случае в пересчете на кубический миллиметр рабочего вещества плотность записи по технологии HVD сравнялась с плотностью записи на ленточных носителях, если не превосходит ее. Т. е. роботизированный архив Optware, как и InPhase, будет занимать меньшую площадь, чем кассетный.

Голографический носитель HVC фирмы Optware

Особо следует отметить сравнительно невысокую стоимость голографического носителя: НVС-карта все той же компании Optware сравнима по размерам с кредитной, ее емкость — 30 ГБ, а стоимость — один доллар [9].

Кроме того, примененный способ записи и считывания позволяет существенно упростить механику привода, заменив вращательное движение поступательным. Правда, в данный момент пишущий дисковод оценивается почти в 10 тысяч долларов. Но это всего лишь начало (достаточно вспомнить внедрение формата Betacam).

Однако у голографической записи на диск уже есть сильный конкурент — твердотельные носители. Они активно используются при съемках в ТЖК, как флеш-память вместо винчестеров и т. п. Например, в марте 2006 года компания Samsung Electronics [10] представила накопитель в 32 ГБ. Скорость чтения — 57 Мбит/с, записи — 32 Мбит/с. Весит накопитель всего 15 граммов, что существенно меньше стандартных винчестеров. Однако стоимость носителей (около 1000 долл.) пока еще столь высока, что затмевает все их достоинства.

Суммируя сказанное, можно предположить, что в недалеком будущем голографические дисковые форматы записи информации помогут обрести телевидению (и в производстве, и в вещании, и в архивировании) семь, а то и восемь свойств «суперкомпьютера на наших плечах». И конкурировать с голографическими дисковыми форматами будут только твердотельные носители.

Литература:

1. Лишин  Л., Лишин  И. Голография и видеосигнал. // Телерадиовещание. ОАО. ВНИИТР. 2006. № 2. С.17

2. Technology Tour. http://www.pcworld.com/technology/tour/index. html

3. InPhase develops Tapestry HDS4000 H-ROM media for customer devices. http://www.cdfreaks.com/news/Tapestry_4000. html

4. Turner Network Television, InPhase Technologies, and Hitachi make history on first play-out-to-air from holographic system. http://www.theregister.co.uk/news/turneronair. html

5. Pappas Telecasting to use InPase technologies holographic storage. http://www.inphase-technologies.com/news/pappas04262006. html

6. Chris Williams. INPHASE begins shipping holographic storage $180 per 300GB disk. // http://www.inphase-technologies.com/2007/02/13/inphase_shipping_holographic/

7. The world’s first movie recording on a preformatted holographic disc demonstrated by Optware. http://www.inphase-technologies.com/news/The-worlds-first-movie-recording-on-a-preformatted-holographic-disc-demonstrated-by-Optware. html

8. Первый голографический рекордер от Optware. Компьюлента. http://hitech. compulenta. ru/

9. Tadashi Nezu. Optware to release 30 GB Holographic Card for less than $1 at the End of 2006. http://techon. nikkeibp. co. jp/english/NEWS_EN/20050608/105586/

10. Williams Martyn. Samsung Shows Flash-Disk-Based Laptop. http://www.inphase-technologies.com/article/id,125038-