Laserlevyn neljäs vuosikymmen
Optinen tallennus elää jatkuvaa uudistumisvaihetta. Markkinoilla on nyt kolmen sukupolven laitteita cd:stä blu-rayhin. Tulevaisuudessa nähdään hologrammeihin perustuvia levyjä.
Ensimmäinen optinen levy oli Laserdisc, joka esiteltiin 70-luvulla videon analogiseen tallennukseen. Digitaaliseen tallennukseen perustuvat ääni-cd:t tulivat markkinoille vuoden 1982 lopulla, joten optinen tallennus on ollut arkipäivää kohta kolme vuosikymmentä. On poikkeuksellista, kuinka vähän teknologia on tänä aikana muuttunut.
Markkinoilla on nykyisellään kolmen sukupolven levyjä ja laitteita. Alan pioneeri cd on yhä hyvissä voimissa, seuraaja dvd on hallitseva levytyyppi ja blu-ray ottaa asemia.
Tie nykyhetkeen on ollut rosoinen. Dvd-rom saatiin ulos yhtenä standardina, mutta kirjoitettavia dvd-levyjä kehitettäessä valmistajat hajautuivat kolmeen leiriin. Sota dvd+r- ja dvd-r-leirien välillä ei koskaan ratkennut, ja myytävät asemat tukevat molempia tekniikoita.
Dvd:n seuraajan valinnassa ei päästy näinkään pitkälle. Sony muodosti kehittämänsä blu-ray-teknologian ympärille laajan liittouman, jonka Toshiba haastoi hd dvd -levyillään. Vuonna 2006 alkanut kamppailu kesti kaksi vuotta, kunnes Toshiba helmikuussa 2008 luovutti.
Kirjoitus laahaa jäljessä
Ehkä yllättävän vaisun alun saanut blu-ray valtaa viihdemarkkinoita nopeasti, mutta datan tallennuksessa se on yhä harvinainen. Nopeasti kasvavan tallennustarpeen maailmassa tämän voi nähdä odottamattomana tai yllätyksettömänä. Optinen tallennus ei enää pysty kapasiteetin ja käytettävyyden osalta kilpailemaan verkkotallennuksen ja satojen gigatavujen ulkoisten kiintolevyjen kanssa.
Kirjoitettavat blu-ray-aihiot ovat varsin hintavia. 25 gigatavun kertaalleen kirjoitettavan levyn hinta liikkuu kymmenen euron molemmin puolin. Teratavu kiintolevytilaa maksaa noin sata euroa, eli hinta gigatavua kohden on vain neljännes. Uudelleenkirjoitettavat blu-ray-levyt ovat vieläkin kalliimpia ja kaiken kukkuraksi hitaita. Päälle tulee pari sataa euroa maksava asema.
Optisen teknologian kehitys keskittyy tällä hetkellä monikerroksisiin levyihin, joilla kapasiteetti voidaan moninkertaistaa ilman huomattavia muutoksia lukulaitteisiin. Kaksikerroksisia 50 gigatavun blu-ray-levyjä myydään sekä painettuina että kirjoitettavina aihioina. Hiljattain valmistajat ovat esitelleet jopa kahdeksan kerrosta sisältäviä 200 gigatavun kirjoitettavia aihioita.
Monikerrosteknologialla voidaan valmistaa myös hybridilevyjä, joissa on sekä dvd- että blu-ray-kerros, jotka sisältävät saman videomateriaalin eri tarkkuuksilla. Tällaista levyä voi katsella tavallisella dvd-soittimella, ja täysi tarkkuus saavutetaan blu-raylla.
Tulevaisuudessa hologrammeja
Blu-rayn seuraaja on jo suunnitteilla. Holographic versatile disc eli holografialevy on suunniteltu tallentamaan useita teratavuja tietoa. Kun cd:n ja dvd:n tieto avautuu lukulaserille kaksiulotteisena tummien ja vaaleiden alueiden karttana, holografialevyssä lukulaite näkee tallennuspinnasta synnytetyn kolmiulotteisen kuvan, hologrammin. Lisäulottuvuuteen voidaan tavallaan pinota monta vanhaa teknologiaa vastaavaa tallennuskerrosta, joita kaikkia luetaan samanaikaisesti.
Valmistajat ovat jo päässeet sopuun hvd-standardin teknisistä yksityiskohdista, eli periaatteessa laitteiden piirustukset ovat valmiina. Käytännön toteutukseen on vielä matkaa. Ensimmäisiä standardin mukaisia tuotteita odotetaan markkinoille aikaisintaan muutaman vuoden päästä.
Hämmästyttävää kyllä yksittäisiä holografiaan perustuvia tallennuslaitteita on jo olemassa. Inphase Technologies -yritys valmistaa 300 gigatavua tallentavaa asemaa ja levyjä, ja lähitulevaisuuden suunnitelmissa on 800 gigatavun versio. Laitteet on suunniteltu tiedon ammattimaiseen arkistointiin, mutta ne ovat selvä osoitus siitä, että optisen tallennuksen tulevaisuus on oikeastaan jo nykypäivää.
Uria ja laseria – näin toimii optinen tallennus
Optisen tallennuksen perusperiaatteet ovat samat lähes kaikissa teknologioissa. Optisen levyn tärkein osa on tallennusura, joka kiertää spiraalina keskiöstä ulkoreunalle. Tallennusuran leveys on ääni-cd:ssä 1,6 mikrometriä, joten halkaisijaltaan 12-senttisen levyn uran pituus suoraksi venytettynä olisi yli viisi kilometriä.
Tieto tallennetaan levylle painamalla uraan pieniä kohoumia ja kuoppia. Nämä heijastavat valoa eri tavoin ja ovat siten luettavissa laserin avulla. Olisi houkuttavaa ajatella, että kohoumat ja painaumat vastaisivat suoraan bittejä, mutta näin ei ole. Kuvioiden pituus itse asiassa vaihtelee, ja pienin tallennusyksikkö on kohoumien ja painaumien sarjasta koostuva kehys.
Levyn kokonaiskapasiteettiin vaikuttavat monet tekijät. Cd-levyn tallennuskapasiteettia kasvatettiin 650 megatavusta 700 megatavuun kaventamalla ura 1,5 mikrometriin, ja dvd:ssä leveys on karkeasti puolitettu. Spiraaliin mahtuu siten enemmän rinnakkaisia uria, ja kokonaispituus kasvaa.
Dvd:n tallennuskuviota on myös pituussuunnassa lyhennetty noin puoleen. Pienemmän kuvion käyttö edellyttää, että luennassa käytetään lyhyempää valon aallonpituutta: cd-soittimet käyttivät infrapunaa, dvd punaista ja blu-ray nimensä mukaisesti sinistä laseria. Edistyksen tällä saralla on mahdollistanut erityisesti led-tekniikan kehittyminen.
Yksi levy, monta kerrosta
Uusin ratkaisu levyjen kapasiteetin venyttämiseen on usean päällekkäisen tallennuskerroksen käyttäminen. Kerrokset ovat läpikuultavia, ja niiden lukeminen onnistuu kohdentamalla laservalon polttopiste oikealle syvyydelle. Cd:n ja dvd:n kohdalla ei päästy kahta kerrosta syvemmälle, mutta blu-ray-levyjä testataan parhaillaan jopa kahdeksalla tallennuskerroksella.
Kerroksen vaihtuessa lukulaser on fokusoitava uudelleen ja siirrettävä fyysisesti pisteeseen, josta seuraava kerros alkaa. Viiveen lyhentämiseksi on keksitty nokkela kikka: Joka toinen kerros voidaan aloittaa levyn ulkoreunalta, jolloin levyä luetaan itse asiassa takaperin. Lukemalla dataa hiukan varastoon eli puskuriin siirtymäviive voidaan jopa kokonaan poistaa.
Levyn fyysiset ominaisuudet eivät yksinään määrää kapasiteettia. Huomattava osa fyysisesti tallennetuista biteistä kuluu otsaketietoihin ja virheenkorjaukseen, cd-tekniikassa jopa kuudennes. Myöhemmissä levystandardeissa virhetiheyttä on kyetty pienentämään ja koodausta on parannettu, jolloin kapasiteettia on saatu lisää muuttamatta fyysisiä ominaisuuksia.
Palaako?
Esitallennetut optiset levyt ovat kirjaimellisesti painettuja, koska polykarbonaatista valmistetussa tallennuskerroksessa todella on mekaanisesti tuotettuja kuoppia. Mikään laser ei vastaavaan lopputulokseen pysty, ja tallennettavat levyt poikkeavatkin rakenteeltaan huomattavasti painetuista levyistä.
Tallennettavissa levyissä on mekaanisen pintavaihtelun sijaan tasainen kerros väriainetta, jonka valonläpäisyä voidaan muuttaa lukulaseria tehokkaammalla kirjoituslaserilla. Näin voidaan piirtää painetun levyn kumpuinen maisema, eikä lukulaite huomaa eroa.
Uudelleenkirjoitettavissa levyissä väriaine on korvattu yhdisteellä, jolla on kaksi olonmuotoa, järjestynyt eli kiteinen faasi ja järjestymätön eli amorfinen faasi. Faaseilla on eri optiset ominaisuudet, mikä mahdollistaa tallennuksen. Kirjoituslaserin tehtävänä on muuttaa faasi halutuksi uran eri osissa.
Eliniässä yhä epävarmuutta
Arviot optisten levyjen eliniästä vaihtelevat. Painetut levyt kestävät kymmeniä tai jopa satoja vuosia. Huonolaatuinen poltettu levy sitä vastoin voi tuhoutua säilytyksestä riippumatta muutamassa vuodessa. Valitettavasti levyn laatua on usein vaikea päätellä: merkkilevy voi olla alihankkijan halvalla valmistama.
Poltettavilla levyillä on tunnetut ongelmansa. Levy voi muuttua lukukelvottomaksi väriaineen kemiallisten muutosten tai sen takana olevan heijastavan pinnan hapettumisen seurauksena. Tämän lisäksi levyn ulkokuori voi vaurioitua.
Levyjen kestossa on huomattavaa vaihtelua mekaanisen laadun sekä käytetyn väriaineen ja heijasteen mukaan. Esimerkiksi heijastemateriaalina kultaa käyttävien levyjen tiedetään olevan luotettavampia kuin hopeisten, ja varhaisten syaniinivärien tiedetään olevan epästabiileja. Varmin valinta on ostaa aihioita, joiden väriaine on ilmoitettu. Esimerkiksi Verbatimin patentoima Azo-väri on kestoltaan hyvä.
