磁带存储方兴未艾!
针对大数据的无与伦比的强大数据存储解决方案

磁带似乎早已从人们的日常生活中消失。但实际上,磁带目前的用途更加广泛,全球领先的IT公司、金融机构以及全球其它重要公司和组织的数据中心都需要使用磁带来长期存储大量数据。磁带的复兴有赖于富士胶片 20 年的研究,富士胶片在研究过程中发明了一种高级的新型磁性颗粒,称为钡铁氧体(BaFe)。BaFe悄无声息地成为当今信息社会的重要组成部分。

可靠的数据归档 – 全凭磁带保驾护航

有些数据,即使不是定期访问,仍然具有关键作用,绝对不允许丢失。数据归档要求介质能够长期保存大量数据,还需要具有最小的数据损失量以及合理的初始和运行成本。BaFe磁带与其它介质相比能够更好地满足所有条件。这里有一个有效使用BaFe磁带的案例,2011年,全球知名IT公司的邮件服务器发生了系统故障,大量电子邮件无法被临时访问。保存在磁带上的离线备份拯救了这次危机,使得该公司能够快速恢复所有丢失的电子邮件。

打破存储容量的障碍

不过,磁带未来的发展并非始终一片光明。随着全世界的数据输出量继续以惊人的速度增长,磁带也在不断改进,但很显然,标准金属颗粒磁带的数据存储容量很快就会成为一个主要的限制因素。富士胶片将一种全新的磁性材料BaFe商业化后,成功地突破了这一屏障。

磁带的数据容量由磁层上磁性颗粒的数量决定。BaFe盒式磁带包含的磁性颗粒的密度远高于传统金属颗粒磁带,因此磁性颗粒的数量也远超金属颗粒磁带。事实上,目前富士胶片已开发出可承载高达220太字节未压缩数据的BaFe磁带(如果在标准磁带盒中),该容量堪称世界之最,是传统金属颗粒磁带的88倍(富士胶片截至2015年4月9日的研究数据)。

BaFe颗粒极其微小,但其形状允许在垂直方向形成超高密度定向。此外,它的磁矫顽力(可保持磁化的程度)也很大。该颗粒可以紧密地排列,反向磁化的风险极小,增强了数据存储的稳定性。

研究新的磁带存储介质

开发全新高容量磁带解决方案需要付出比开发高级磁性材料本身更多的努力。还需要开发在磁层中读写数据的磁头以及容纳磁头和磁带的驱动器。这些元件组合起来,才能进行数据的归档和恢复。

尽管驱动厂商不遗余力地开发和提供适用于金属磁带应用的最优硬件,但业内深知金属颗粒必然会到达其最小物理极限,进而会限制磁带颗粒的密度。BaFe具有更好的特性,富士胶片相信BaFe磁带必将完全替代金属颗粒磁带。

1992年,富士胶片作为下一代存储磁带介质启动了对BaFe的研究。当时,富士胶片生产的金属颗粒磁带在技术上处于市场上数一数二的地位,竞争虽然并不激烈,但各厂商之间的差距必定会逐步缩小: “长此以往,我们终将被超越。为推出作为新材料的BaFe,我们需要展示其在记录密度上的绝对优势。” 富士胶片的工程师始终有种紧迫感。

最后一次机会 – 一个重大的突破

尽管被寄予了极大的希望,但实时证明要实现理想的效果非常困难。一个主要的困难就是BaFe微粒尺寸太小。尽管这个特性使得颗粒能够紧密地贴在一起,但另一方面也使得这些颗粒难以处理。

富士胶片的工程师已成功使用超高密度BaFe颗粒、以更加稳定的纳米量级模式为磁带涂覆了涂层。尽管他们创建了具有世界级面记录密度的磁性储存带原型,但却无法使用传统的磁头在磁带中读写数据,也就无法确认原型的性能。

工程师得出的结论是,由于BaFe颗粒的磁化强度比较小,针对金属磁带设计的传统磁头无法读取BaFe磁带。这时,他们想到了一个主意,那就是通过修改硬盘驱动器使用的高灵敏度磁头开发自己的磁头,尽管硬盘驱动器磁头的结构与磁带驱动器的差别较大。他们随后可以使用此磁头构建原创评估系统的原型,以确认BaFe磁带的性能。

通过修改硬件来满足存储介质的要求有悖于常理,但是却为富士胶片的工程师带来了关键性的突破,他们已习惯于从磁带制造商的角度看问题。公司决定这将是最后一次实验,也是将BaFe磁带变为现实的最后机会。如果无法测得结果,开发项目将终止。

这个想法最终获得了成功。通过使用专门制造的高灵敏度磁头,工程师们证明了BaFe磁带的存储容量是当时最先进的金属颗粒磁带的二倍。

初生牛犊不怕虎

在BaFe磁带商业化前,工程师们付出了大量的努力。一个最大的任务便是与IBM合作评估BaFe磁带的可行性。由于IBM的设备是专门评估金属磁带的,因此无法准确地从富士胶片的BaFe磁带中读取信号。此外,IBM在金属磁带领域一向顺风顺水,不会冒然投资于其它类型磁带的新驱动技术开发。“看起来我们不得不依靠自己的力量,对评估方法多做一些基础研究”,富士胶片的工程师得出了这样的结论。凭着这种不屈不挠的精神,他们一头扎到了高灵敏度磁头评估系统的开发当中。

毋庸置疑,他们在下一阶段遇到了困难重重。磁头和驱动器的基础研究完全不在富士胶片这样的材料制造商的核心技术范围内。富士胶片的工程师在公司内部组建了一个团队,专门研究用于评估BaFe磁带真实性能的仪器。经过大量的努力,他们成功证明了富士胶片的BaFe磁带具有高记录密度。在首次与富士胶片讨论BaFe的5年后,IBM具备了在新介质上执行试验的能力。IBM很快确认了BaFe磁带的卓越性能,并同意与富士胶片一起参与该技术的研发。

一位富士胶片的工程师评价到: “当我们进入磁带驱动器这个领域时,对它简直一无所知。这意味着我们在起步时没有关于这项技术的任何先入之见。由于我们从未开发过金属颗粒磁带驱动器,从前的性能结果不会对我们造成任何心理障碍。我们迎难而上,赢得了这个挑战。”

未来BaFe一统天下

2011年,富士胶片推出了世界上首个商用盒式BaFe数据存储器。此后,BaFe磁带的数据存储量持续快速增长,所有驱动制造商目前均提供针对BaFe磁带应用的硬件。

云服务和大数据分析目前正推动我们日常生活的各个方面不断进步,物联网(IoT)也已越来越多地走进了我们的生活。数据产生和传输的速度只会加快,我们访问数据的频率及其总量也在不断增加。令人惊讶的是,磁带,这个与20世纪相伴相生的技术,在未来将会发挥重要的新作用。富士胶片在高级材料方面的创新让这一切变为现实。

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