Gastbeitrag von Dipl.Inform. Immo Gathmann, DSM Handhabungssysteme GmbH & Co.KG, (Immo.Gathmann@t-online.de). Wer kennt sie nicht, die „dreidimensionalen“ Bilder auf Banknoten oder EC-Karten, deren Motive im Raum zu schweben scheinen und sich bei Änderung des Blickwinkels ebenfalls zu ändern scheinen und so eine vollständigen dreidimensionalen Eindruck hinterlassen?
Diese Hologramme (griechisch: Holos = vollständig, Gramma = Botschaft, Nachricht) wurden erstmals von Dennis Gábor erwähnt. Dabei werden nicht die Objekte selbst fotografisch festgehalten, sondern ein statisches Interferenzmuster, das sich aus der Überlagerung zweier Lichtstrahlen ergibt. Einer der beiden Strahlen, der sog. Gegenstandsstrahl, beleuchtet das aufzunehmende Objekt, der zweite Strahl, der sog. Referenzstrahl, trifft in einem bestimmten Winkel hinter dem Objekt auf den vom Objekt modifizierten Gegenstandsstrahl und bildet mit ihm zusammen ein Interferenzmuster. Dieses wird fotografisch auf einer Platte (Film) festgehalten. Wird nun der Gegenstandsstrahl abgeschaltet, „beugt“ das Interferenzmuster den Referenzstrahl derart, dass gewissermaßen vor oder hinter der Platte das ursprüngliche Objekt „frei im Raum schwebend“ wieder erscheint.
Das holografische Speicherverfahren
Dieses Verfahren wird bei der holografischen Speicherung von Daten genutzt. Das „Objekt“ ist ein auf einem LCD Display zweidimensional dargestellter Bitstrom von 1,4 Millionen Bits, auch Seite genannt.
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Abb. 1:
Holografische Seite
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Als Lichtquelle dient ein Laserstrahl (Wellenlänge etwa 405 nm (Blauer Laser)). Dieser wird vor dem Objekt geteilt - in den Gegenstandsstrahl und den Referenzstrahl. Der Gegenstandsstrahl be- /durchleuchtet das Objekt, der Referenzstrahl wird über Spiegel umgeleitet und trifft hinter dem Objekt auf den modifizierten Gegenstandsstrahl. Als fotografische Platte dient eine optische Speicherplatte auf der das Referenzmuster in dreidimensionaler Form festgehalten wird.
Abb. 2: Datenaufzeichnung
Abb. 3: Lesen aufgezeichneter DatenEine Änderung des Winkels des Spiegels, der den Referenzstrahl umleitet, erlaubt die Speicherung einer weiteren Seite auf der optischen Platte, ohne dass diese ihre Position verändert. Bis zu 340 Seiten (~60MegaByte) können so auf einer Stelle des Speichermediums abgelegt werden. Dadurch erklärt sich auch die hohe Kapazität von 300 GigaByte des Speichermediums, das den gleichen Durchmesser wie eine CD hat. Die Aufzeichnungsschicht fällt mit 1,5 mm jedoch im Vergleich zu anderen optischen Datenträgern wie CD oder DVD sehr dick aus, da die Interferenzmuster wie oben gesagt, räumlich gespeichert werden.
Da mit jeder Aufnahme 1,4 Millionen Bits gespeichert werden (bei allen anderen optischen Speichern oder Magnetspeichern wird immer nur ein einzelnes Bit gespeichert) erreichen holografische Speicher relativ hohe Transferraten (160 MegaBit/s (=20MegaByte/s)). Künftige Generationen sehen Transferraten von 80 MegaByte/s bzw. 120 MegaByte/s vor. Außerdem wird das Medium während des Schreibens/Lesens nur dann bewegt (gedreht), wenn über die Grenze von 340 Seiten hinaus geschrieben/gelesen werden muss.
Das Medium ist transparent und nur von einer Seite zu beschreiben. Seine chemische Zusammensetzung kommt ohne irgendwelche Metalle aus. Dadurch wird es unanfälliger gegen äußere Einflüsse (Temperatur, Luftfeuchtigkeit, direkte Sonneneinstrahlung) und garantiert eine Lebensdauer der Daten von mehr als 50 Jahren. Eine Cartridge schützt das Medium zusätzlich gegen physische Zerstörung.
Die erste Mediengeneration sieht einmal beschreibbare (WORM) Medien vor, ab der zweiten Generation sollen auch wiederbeschreibbare Medien angeboten werden.
Eine optionale Modifikation der Firmware eines holografischen Laufwerkes erlaubt die Verschlüsselung der Daten derart, dass sie nur wieder vom selben Laufwerk oder einem Laufwerk mit derselben Firmware gelesen werden können. Auf diese Art kann der Missbrauch von Daten zusätzlich verhindert werden.
In Verbindung mit geeigneten Jukeboxen, lassen sich mit holografischen Speichern Archive von mehreren hundert TeraByte aufbauen. Mit den nächsten Generationen (800 GigaByte, 1.6 TeraByte pro Medium) können diese dann leicht auf mehrere PetaByte erweitert werden, eine Dimension, die bis heute nur von Bandrobotern erreicht wird.
Fazit
Holografische Speicher eignen sich speziell für die Langzeitarchivierung digitaler Daten. Ihre Speicherkapazität und ihre Transferraten liegen weit über denen anderer optischer Speicher, künftige Generationen werden in bisher von Magnetbändern beherrschte Märkte vordringen. Ihre Unanfälligkeit gegen äußere Einflüsse reduziert die Anzahl der Migrationen über die Archivdauer gesehen im Vergleich zu Magnetspeichern drastisch. Dies hilft Kosten zu sparen. Da es sich um ein Wechselmedium handelt, bedarf es keiner permanenten Energiezufuhr und energiefressenden Kühlungsvorrichtungen wie z.B. bei Magnetplatten. Im Laufwerk integrierbare Verschlüsselungstechniken verbessern den Schutz der Daten vor unerlaubtem Zugriff. Skalierbare Jukeboxen erlauben den Archivausbau „on demand“ und sichern so die Investitionen des Anwenders über mehrere Datenträger-Generationen.
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| PROJECT CONSULT Kommentar:
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Holografische Speicher werden seit 30 Jahren in den Forschungslabors erprobt. Nun ist erstmal der Sprung in die kostengünstige, industrielle Produktion gelungen. Die ersten, sogenannten DVT (Design-Verification-Test) Laufwerke sollen Ende dieses Jahres ausgeliefert werden, die Serienproduktion soll im Mai 2008 starten. Investoren in diese neue Technik sind u.a. Bayer, Maxell und Alps, was die Glaubwürdigkeit und die Aussicht auf Erfolg dieser Technologie erhöht. In Verbindung mit geeigneten Jukeboxen, z.B. TERASTORE 8x00 Serie der DSM (www.terastore.de), lassen sich mit holografischen Speichern Archive von mehreren hundert TeraByte aufbauen. (SMe) 
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