Сравнение плотности записи информации в различных системах памяти

Сравнение плотности записи информации в различных системах памяти

Оптические HD-DVD-диски и Blue-ray-диски с побитовой записью информации

Оптические DVD-диски и многослойные VMD-диски с побитовой записью информации

Принципы работы оптических побитовых и оптикоголографических методов записи информации

Сравнение основных параметров оптических дисковых носителей информации существующих систем памяти Параметр Объем хранимой информации Скорость передачи потока цифровой информации Срок хранения Голографические диски 300 ГБ – - 1. 6 ТБ 50 - 150 МБ/с (параллельное считывание) Оптические диски - ODD HDDVD Blu. Ray Жесткие диски магнитной памяти - HDD CD DVD HD-VMD 0. 68 ГБ 4. 7 ГБ 20 Гб (4 слоя) 40 ГБ (8 слоев) 15 ГБ 25 -100 ГБ 180 ГБ – - 1. 5 ТБ 1. 47 МБ/с 11. 08 МБ/с 36, . 5 МБ/с 36 -72 МБ/с 40 -100 МБ/с 20 лет 5 лет Удельная стоимость 0. 06 – 0. 2 $/ГБ Условия работы Без регулярного подключения Периодическая раскрутка Архивная запись Да Да Нет Прямой доступ Да Да Да Нет Да Контакт между устройством 1. 0 $/ГБ 10 $/ГБ 1. 5 $/ГБ 3. 0 $/ГБ Для сравнения: хранение информации на бумажном носителе стоит 10 тыс. дол. /ГБ

Примеры демонстрированных исследовательских Holographic Data Storage System Stanford + HDSS + PRISM (USA 2005) Компоненты: Лазер: Pulse Nd-YAG laser (532 nm) 500 u. J, 100 ns, 1 k. Hz SLM: reflec. SLM IBM Yorktown, 1024 x 1024, 12. 8 мкм, 2000 f/s FT Lens: NA=0. 36/ full =0. 75, f=17. 5 mm Сканатор: PM 500 линейный двигатель Newport , 50 мм, +-25 nm Двигатель: 300 об/мин – прецизионный воздушный шпиндель Среда: Aprilis, disk 165 мм, 0. 2 мм, M# >10 Приемник: Kodak C 7 CCD, 1024*1024, 12. 8 мкм 1000 f/s Спецификация Число pix в голограмме: 1024*1024 Число userbit в голограмме: 65. 3 Kbytes Размер голограммы мкм: 1. 2*1. 2 мм 2 Метод мультиплицирования: фазовое кодирование опоры Плотность записи на bit/мкм 2: 1 {10} Raw bit error rate (BER): 0. 3*10 e-3 Емкость Gbyte: 1 (8200 гол) =10% Скорость чтения Mbit/sec: 960 (6 000) Cкорость вращения об/мин: 300 Габариты: N/A

Примеры демонстрированных исследовательских Holographic Data Storage System Daewoo DEPROTO 2 (Korea 2006) Компоненты: Лазер: Nd-YAG laser (532 nm) 150 m. W SLM: CRL XGA 1 L 12, 800 x 600, 18 мкм FT Lens: NA=0, 1 Сканатор: Cambridge Micro. Max 6515 galvano mirror Двигатель: Oriental DG 60 -ASAK spindle motor and DCT LPU-SC 1 A linear motor Среда: photo-refractive polymer disk, 200 μm Приемник: Mikrotron MC 1310 CMOS, 1280 × 1024, 12 мкм -> 2 × 2 over-sampling mode Спецификация Число pix в голограмме: 800 × 600 , 18 мкм Число userbit в голjграмме: 480*480 Размер голограммы мкм: × 1. 8 Nyquist Метод мультиплицирования: угловой, 0. 16° Плотность записи на bit/мкм 2: 1. 5 Raw bit error rate (BER): 2. 1 × 10 e-3. Емкость Gbyte: 0. 86 (32000 в 4 дорожках × 2. 4 Nyquist) Скорость чтения Mbit/sec: 6 Cкорость вращения об/мин: 31 Габариты: 350 mm*250 mm*500 mm

Примеры демонстрированных исследовательских Holographic Data Storage System Optware/Sony (Japan + USA, 2007) In. Phase (USA, 2009)

Образец системы «Голопамяти» компании In. Phase Technologies (США). Голографические диски диаметром 120 мм могут хранить от 300 ГБ данных (вмещать информацию 106 обычных DVD-дисков), скорость передачи данных 25 -50 Мб/с. К 2010 году планируется выпуск голографических дисков диаметром 120 мм емкостью до 1, 6 Тб. (устройство записи Tapestry HDS-300 R будет стоить порядка 18000 долларов)

Устройство считывания фирмы Optware (Япония) с голографической пластиковой карточки размером 80 х50 мм и информационной емкостью 30 ГБ оптический диск 120 мм от 300 ГБ

Пластиковая голографическая флэш-карточка фирмы Info-MICA (Япония) Прозрачный пластик размером с почтовую марку емкостью от 2 ГБ и насчитывает 100 слоев. Для записи информации используется технология тонкопленочной наноголографии.

Система хранения h. Vault (США) 500 Гб на одном диске, до 540 дисков, полное считывание с одного диска в течение 10 секунд, скорость записи/считывания 20 MB/sec

Применения архивной оптико-голографической памяти 1) Базы данных для архивного хранения библиотечной информации, включая страницы текстов книг, изображений, чертежей и др. ; 2) Базы данных для архивного хранения медицинских рентгенотомографических изображений человека для медицинской диагностики; 3) Базы данных для архивного хранения аэровоздушных и космических фото- видеоизображений в целях экологического мониторинга и разведки ископаемых ресурсов; 4) Базы данных для архивного хранения потоков видеоизображений и видеоинформации в телевизионных и компьютерных системах для распознавания личности, в том числе для систем видеонаблюдения в целях борьбы с терроризмом; 5) Базы данных для архивного хранения эталонных изображений в системах паспортного контроля личности, контроля подлинности и идентификации документов, удостоверений личности, водительских удостоверений, электронных пропусков, банковских карточек и ценных бумаг и других документов особой важности.

Основные требования к архивной голографической памяти: 1) Срок хранения информации – не менее 50 лет; 2) максимально низкая удельная стоимость голографического носителя информации, например, для поликарбонатного голографического диска с информационной емкостью 100 ГБ, удельная стоимость составит не более 0, 06 $/ГБ, что в 30 раз ниже удельной стоимости для магнитных носителей 3) Более высокая защищенность голографического диска от пыли, царапин, электромагнитных воздействий по сравнению с другими типами памяти. 4)Более высокое быстродействие считывания информации (в перспективе до 50 МБ/с) за счет разработки оригинальной запатентованной технологии параллельного считывания информации с голографического носителя, обусловленной использованием новейшей микросистемной техники, наноструктурированных систем и наноматериалов российского производства; 5) Разработка и создание более дешевого многослойного голографического диска на основе использования технологии получения тонких фоточувствительных наноматериалов российского производства;

Варианты Holographic Data Storage Оценка теоретической плотности записи

Варианты Holographic Data Storage Реальная скорость считывания 6 5 Mbytes/s 3. 75 Mbytes/s

Принципы плоской голографической страничной записи на дисковые носители 1. Минимальная Площадь Одной Голограммы А. Без линзовые схемы (Френеля и Фурье) Б. Схемы с Фурье преобразованием Общее теоретическое рассмотрение Min -> - Отношение плотности случая A к B

Принципы плоской голографической страничной записи на дисковые носители 1. Минимальная Площадь Одной Голограммы Случай безлинзовой схемы Френеля и диффузного транспаранта Подсветка плоской волной Средний размер спекла от диффузора без голограммы будет равен размеру пятна дифракции на апертуре диффузора на заданном расстоянии. При записи голограммы размер спекла будет H- реальный размер голограммы. График взят из задаваться дифракцией на апертуре голограммы. Минимальный размер голограммы для восстановления минимального элемента D Подсветка сходящейся волной Сходящаяся волна уменьшает размер спекла. В таком случае схему проще рассматривать как Фурье схему с диффузором. Минимальный размер голограммы при минимальным элементе изображения D –> Для l=0. 44 мкм, f= 50 мм, D=35 мкм -> h. Fmin=1. 26 мм (S/N =3. 2) У Френеля при том же S/N размер голограммы будет 0, 63*3, 2=2. 02 мм При фильтрации по 2*Dny: h. Fmin=2. 57 мм (S/N =4. 47) hmin=2. 81 мм Для l=0. 44 мкм, z= 50 мм, D=35 мкм -> hmin=0. 63 мм График увеличения размера апертуры α голограммы при использовании фазовых масок с разной глубиной модуляции фазы. При фильтрации по 3*Dny: h. Fmin=3. 77 мм (S/N =5. 46) hmin=3. 44 мм

Принципы плоской голографической страничной записи на дисковые носители 2. Максимальная Площадь Заполнения на Носителе Форма плоской упаковки голограмм - Площадь носителя - Площадь под голограммами - > Гексагональная упаковка плотнее на 15% Размер фильтрующей апертуры в спектральной плоскости транспарант Фильтрующая апертура в пространстве изображения. p- размер пиксела SLM (минимальный размер элемента в изображении)

Фотография оптико-электронного стенда записи матрицы голограмм на голографический носитель

Оптическая схема 20 -ти канальной оптической головки оптико-электронного устройства записи цифровой информации на дисковый голографический диск Основные параметры оптической системы: Размер голографического диска диаметр 130 мм Диаметр одной микроголограммы 0, 3 мм Количество каналов в оптической головке записи 20 каналов Общее количество субголограмм в матрице микроголограмм при методе мультиплексирования «перистрофик» 3 741 960 шт. Общее количество информации на голографическом диске - до 300 Гбайт

Фотография матрицы микроголограмм в проходящем свете Нулевой порядок Первый порядок

Оптическая схема 20 -ти канальной оптической головки оптико -электронного устройства считывания цифровой информации с голографического диска Основные параметры оптической системы: Размер голографического диска диаметр 130 мм Диаметр одной микроголограммы 0, 3 мм Количество каналов в оптической головке считывания 20 каналов Общее количество субголограмм в матрице микроголограмм при методе мультиплексирования «перистрофик» 3 741 960 шт. Общее количество информации на голографическом диске - до 300 Гбайт Скорость считывания цифровой информации – 50 МБ/с

Восстановленные пучки с одной голограммы

Схема кодирования информации по стандарту ECMA-377 Страница 42 Кбайт 1 x 1 pix 42*32 блока

Метод гибридной модуляции на основе LCSLM Схема гибридного кодирования. (a) – правило кодирования по предложенному методу, (b) – обычное амплитудное представление двоичных данных, (с) – простейшее фазовое представление данных, (d) – представление данных по гибридному методу. Уровень серого Амплитуда, % Фаза, ° Значения данных 0 185 0, 77 1 135 33, 33 150 225 33, 33 330

Примеры восстановленных страниц данных

Структура многослойного голографического диска, скомпонованного в виде «сэндвича» из отдельных субголографических дисков на основе фоточувствительных галогенидо-серебрянных слоев и на основе штампованных пластиковых копий с микроповерхностным рельефом о

Примеры восстановленных страниц данных

Основные параметры оптико-электронного устройства для записи/считывания потока цифровой видеоинформации на голографический диск Размер голографического диска Диаметр 130 мм Размеры информационного поля на голографическом диске: - внутренний рабочий диаметр - внешний рабочий диаметр - 44 мм -117 мм Диаметр одной микроголограммы (равен периоду расположения субголограмм) 0, 6 мм Количество каналов в оптической головке записи/считывания 20 каналов Общее количество субголограмм в матрице микроголограмм при методе мультиплексирования «перистрофик» 741960 шт. Общее количество информации на голографическом диске 193 Гбит или 25 Гбайт Суммарное время записи цифровой информации на голографический диск 6, 2 часа Суммарное время считывания цифровой информации с голографического диска (при одновременном считывания 20 -ти канальной оптической головкой) 1, 1 часа Скорость ввода/вывода потока цифровой информации в устройство записи/считывания голографического диска 25, 8 Мбит/сек Ориентировочная стоимость голодиска 300 руб (10 дол. США) Ориентировочная стоимость ОЭУ считывания 150, 0 тыс. руб (5000. дол. США)