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07.12.1990

Daten-Silos werden billiger und benötigen weniger Platz

Von CW-Mitarbeiter Egon Schmidt

Moderne Computer zur Verarbeitung einer Vielzahl von Daten können ihre Qualitäten nur dort entfalten, wo sie problemlos auf große Mengen binär kodierter Informationen zugreifen können. Sie erfordern immer leistungsfähigere und kostengünstiger Speichersysteme für die benötigten Informationen - und deshalb läßt sich eine rasante Entwicklung der Speichermedien beobachten.

Neue Speichermedien sind en vogue

Eins ist allen Speicherperipherien eigen: der Trend zur Miniaturisierung. Hersteller wie Prairie Tek, Quantum, Toshiba oder Imprimis-Aufkäufer Seagate - um nur einige zu nennen - haben die Zeichnen der Zeit erkannt und können 2 1/2-Zoll-Festplattenlaufwerke bieten. Aber nach Meinung von Insidern scheint bei 1,9 Zoll das Ende des technologisch Machbaren in Sicht.

Da die Anforderung solcher Miniaturisierung extrem hoch sind und die Entwicklung sehr teuer ist, konzentriert man sich zunehmend auf Alternativen für die Speicherung von Daten. Denn nicht nur die Peripherie wird kleiner, auch die Computer "drum herum" schrumpfen auf Jackentaschenformat.

Glaubt man der "Personal Computer Memory Association"(PCMCIA),so werden bis 1995 scheckkartengroße PC-Speicherkarten herkömmliche Disketten- und auch Festplattenlaufwerke in Notebooks und Laptops ersetzen. Sie sind unschlagbar klein und verbrauchen geringste Mengen Strom. Außerdem geht der Datentransport bei diesem Siliziumspeichern deutlich schneller vonstatten als bei jedem durch seine Mechanik behinderten Laufwerk. Auch die Umwelteinflüsse reagieren sie vergleichsweise unempfindlich. Jeder, der Scheckkarten benutzt, kann darüber hinaus der Mobilität solcher PC-Speicherkarten selber einschätzen.

Neben diesem Anwendungsbereich für Kleinrechner gibt es aber auch die "professionellen" Aufgaben - Archivierung, Dokumentenverwaltung und Multimedia sind lediglich drei Stichpunkte für den Einsatz optischer Speichergeräte. Hier tut sich - die Herbst-Comdex in Las Vegas zeigte dies - auch eine Menge.

Fazit: Noch sind die geläufigen Speichermedien zwar nicht tot. Aber der Zwang zu immer kleineren Formaten bei gleichzeitiger Forderung nach wachsenden Speicherkapazitäten scheint der herkömmlicher "Daten-Lagerhaltung" in vielen Bereichen ein Ende zu setzen.

Die Foto-Computer-Connection

Natürlich ist es schwer vorherzusagen, wie die Wiedergabequalität des Photo-CD-Verfahren entwickelte Papierabzug zumindest war so hochwertig, daß man der vom gelben Riesen entwickelten Verbundlösung aus herkömmlicher Filmentwicklung und digitalisierter Weiterverarbeitung im Computer große Zukunftschancen geben kann. (Siehe Artikel auf Seite 33). Der Preis von 4-Mbit-DRAM-Chips, von den Halbleiterspeichern also, die Daten am schnellsten zugänglich machen und die jetzt teilweise schon in einer sogenannten "zweiten Generation" fortschrittlicher Bauformen angeboten werden, dürfte von derzeit etwa 0,4 Cent pro Speicherzelle auf 0,1 Cent sinken. Allerdings sind noch platzsparendere DRAM-Speicherzellen ausgesprochen komplizierte und teuer zu fertigende Strukturen. Die Industrie erwartet deshalb, daß sich das bisherige Tempo der Preissenkungen pro Bit nicht weiter durch halten läßt - und eventuell werden andere Techniken DRAMs aus bestimmten Sektoren des Marktes verdrängen.

DRAMs bleiben dennoch ein heißes Thema: Unlängst sorgte der koreanische Hersteller Samsung für Schlagzeilen, weil er als angeblich erstes Unternehmen weltweit bereits Muster des künftigen 16-Mbit-Typs an besonders vertraute Kunden ausliefere. Hitachi sah sich deshalb veranlaßt, von der Produktion eines Experimentier Chips mit 64 Mbit Kapazität zu berichten, einem Chip, der in 300-Nanometer-Strukturen gefertigt wird und auf einer Fläche von knapp zwei Quadratzentimetern 140 Millionen Bauelemente integrieren soll, wie es heißt.

Noch weiter geht Sharp, deren neuartige Speicherzellen mit ringförmig angeordneten Elektroden versehen sind und die bereits als Komponente künftiger 256 Mbit-DRAMs gehandelt werden.

In zehn Jahren 1-Gigabit-Chips

Gleichzeitig plant man im japanischen Handelsministerium MITI, mit Hilfe sogenannter Quanten-Halbleiter in zehn Jahren 1-Gbit-Chips herzustellen. Jene Speicherzellen sollen dann nur noch 100 Nanometer breit und 20 Nanometer hoch sein.

Je aufwendiger und teurer die herkömmlichen DRAMs gefertigt werden - fast 200 Prozeßschritte sind dafür heute notwendig - , desto mehr drohen die neuartigen Flash-EPROMs sie aus vielen Anwendungsbereichen zu verdrängen, zumal jene nichtfluchtigen, auch ohne Spannung die Daten bewahrende Speicher weniger empfindlich gegen Datenverlust infolge "Soft Errors" - die bei DRAMs aus schwacher elektromagnetischer Strahlung resultieren -sein sollen. Flash-Speicher werden als Ganzes oder zumindest sektorweise gelöscht und binnen maximal einer Minute neu mit Daten gefüllt.

Mehr noch als den herkömmlichen DRAMs können die neuen Flash-Speicher kompakten Disketten- und Plattenspeicher Laufwerken Paroli bieten, denn sie lassen sich in eine Art Scheckkarte einbauen und dann wie eine Diskette beliebig in unterschiedliche Rechner ein schieben. Das prädestiniert sie zum Einsatz in tragbaren Rechnern, zumal pro Karte heute schon bis zu 4 MB gespeichert werden können. Microsoft bietet bereits entsprechende Betriebssystem-Erweiterungen an.

Laut Intel soll ein solches Karten-System im Schnitt rund 20mal so lange ohne Störung laufen wie ein herkömmliches Plattenlaufwerk, nämlich eine Million Stunden.

Gleichfalls auf den Markt der immer kompakter und leistungsfähiger werdenden Aktenkoffer-Rechner zielen zahlreiche Konzepte von Halbleiter-Speicherkarten, bei denen meist eine eingebaute Batterie für das Bewahren der Daten sorgt, solange die Karte nicht in einem Gerät steckt. Bei ihnen zeigt sich, daß jeder einzelne Sonder-Typ mit der Zeit seinen spezifischen Anwendungsplatz findet, also keine direkte Konkurrenz untereinander besteht.

Doch auch mechanisch problemlos handhabbare Halbleiter-Speicher können auf Innovationen verweisen: Beispielsweise die herkömmlichen 3 Zoll-Disketten mit 1,44 MB Fassungsvermögen bekommen Konkurrenz von Versionen, die doppelt so viele Daten speichern können. Sie werden vorerst von 3M geliefert, basieren auf neuartigen Bariumferrit-Partikelchen in Form kleiner Plättchen statt Nadeln und passen zu Laufwerken von Toshiba.

Die Hersteller von konventionellen Disketten im 3 1/2-Zoll-Format produzieren aber auch schon Versionen mit 12,5 MB Kapazität, so etwa Maxell in Japan. Und 3M denkt für das Ende dieser Dekade gar an Varianten mit 30 MB, während gleichzeitig schon heute die Firma Brier Technology 3 1/2-Zoll-Laufwerke dieses Formats anbietet, die 25 MB Kapazität bieten sollen. Verbatim führt eine konventionelle 5 1/4-Zoll-Floppy mit 20,2 MB im Angebot.

1000 KB auf 2 1/2-Zoll-Disketten

Ähnlich weit greift das Laufwerk für 3 1/2-Zoll-Disketten, das Citizen entwickelt hat und das - technisch betrachtet - eine Mischung aus Winchester- und Diskettenlaufwerks-Komponenten darstellt: Es findet die Daten mit Hilfe von vorformatierten Servospuren. Dieses Laufwerk faßt pro Floppy 20 MB und soll damit einerseits kleinere Winchester-Laufwerke ersetzen, andererseits aber auch als lnstallationsdisketten-Laufwerk für PC-Programme genutzt werden, die einen hohen Speicherbedarf haben. Hiermit verfügen auch jene über ein attraktives Medium, die gelegentlich größere Mengen an Daten sichern müssen, aber auf kein Bandspeicher-Gerät zurückgreifen können.

Während Disketten mit mehr als 3 1/2-Zoll-Durchmesser in den kommenden Jahren- allmählich von der Bildfläche verschwinden dürften, finden sich in manchen Notizbuch-Rechnern beziehungsweise in elektronischen Kameras heute Laufwerke mit 2-beziehungsweise 2 1/2-Zoll-Diskettendurchmesser. Maxell offeriert schon passende Floppies in beiden Formaten, die 500 beziehungsweise 1000 KB aufnehmen können. NEC, soll sogar ernsthaft über Varianten im 1,8-Zoll-Format nachdenken.

Zwischen Diskettenlaufwerken herkömmlicher Art und den echten Winchester-Platteneinheiten gibt es noch verschiedene Zwischenstufen, die mit einer wechselbarer Festplatte arbeiten und pro Platte 40 - bald auch 80 - MB speichern können, so etwa die kompakten Speicherlaufwerke von Syquest. Auch die sogenannten Bernoulli-Laufwerke gehören von ihrer Systemkonzeption her in diesen Bereich, wo die Daten tragende Floppy-Platte durch strömungsmechanische Effekte so sicher unterhalb des Schreib,- und Lese-Kopfes positioniert ist, daß es beim lesen und Beschreiben der 20 beziehungsweise 44 MB fassenden 1/4-Zoll-Scheiben keine Probleme mit der Datensicherheit geben soll - auch keinen sogenannten Headcrash.

Headcrash-gefährdet sind besonders herkömmliche Festplattenlaufwerke, obwohl Produzenten hier gern mit Erfolgen bei der Reduktion der Störfaktoren prahlen. Die ständige Steigerung der Kapazität solcher Speichereinheiten, deren physische Verkleinerung und auch die fortschreitende Verkürzung der Zugriffszeiten sind dagegen dulchaus dokumentierbar.

Mehr Platz und kürzere Zugriffszeit

Läßt man den Bereich der Großrechner beiseite, so erscheinen 5 1/4-Zoll-Einheiten, die einstmals die kompaktesten rotierenden Speicher überhaupt darstellten, heute schon fast als Riesen unter den einschlägigen Systemen. Konnten noch vor wenigen Jahren Hersteller mit Systemen reüssieren, die es auf etwa 300 MB pro Plattenlaufwerk dieses Formats brachten, lassen sich heute schon Einheiten mit 790 MB Kapazität und mehr finden - womit sie übrigens ziemlich exakt jene Datenmenge speichern können, die sich auch auf einer einzigen wechselbaren optishen Platte unterbringen lassen.

Weltweit wurden letztes Jahr rund acht Millionen 5 1/4-Zoll-Platteneinheiten und elf Millionen im 3 1/2-Zoll-Format ausgeliefert, während beispielsweise 1994 schon 32 Millionen der kleineren Bauform verkauft werden sollen. Und diese kleinen Platten bieten nich nur laufend mehr Platz für Daten, sie werden auch noch schneller: Statt 30 bis 40 Millisekunden benötigen sie für den Zugriff` auf die Daten nur noch bis zu 19 Millisekunden. Im Testlabor eines Herstellers sowie bei ausgewählten Käufer sollen sogar schon 3 1/2-Zoll-Einheiten im Einsatz sein, die auf sechs einzehlen Platten mehr als 530 MB speichern können und mit Zugriffszeiten von minimal zwölf Millisekunden glänzen. Die Daten werden dabei mit maximal 5 MB/s in den Rechner übertragen.

Mehr als fünf Jahre Garantie

Rotierende Speichersysteme, so ist aus Industriekreisen zu erfahren, sollen im Durchschnitt 75 000 Stunden, aber auch schon 140000 Stunden und mehr arbeiten, ehe auf einen Ausfall cler nächste folgt (MTBF beziehungsweise mean time between failures). Teilweise führt dies zu Garantiezeiten über fünf Jahre hinweg. Nicht nur in Richtung großerer Zuverlässigkeit und Kapazität sowie kürzerer Zugriffszeiten wird die Entwicklung bei diesen rotierenden Massenspeichern vorangetrieben, auch die Minimierung der außeren Abmessungen behalten die Forscher im Auge. Manche 3 1/2-Zoll-Laufwerke sind trotz ihrer 80 MB Kapazität und ihrer zwei Platten nur noch knapp 26 Millimeter hoch, andere erreichen mit einer Kapazität von 160 MB nur noch 20 Millimetern Bauhöhe.

15,2 Millimeter hoch und weniger aIs 150 g schwer

Noch kompakter stellen sich neue Laufwerke dar, die mit 2 1/2-Zoll-Platten arbeiten und die vor allem für den Bereich der extrem miniaturisierten Notizbuch Computer entwickelt wurden. Bei diesen Festplatten-Einheiten, die bei einer Kapazität von 42 beziehungsweise 84 MB und einer Zugriffszeit von 19 Millisekunden eine MBFT von über 80 000 Stunden erreichen, rechnet Dataquest für 1994 mit einem Umsatz von etwa acht Millionen Stück.

Etwas weniger Platz für Daten bietet mit maximal knapp 63 MB Kapazität ein neu angekündigtes 2 1/2-Zoll-Laufwerk, das bloß noch 15,2 Millimeter hoch ist und keine 150 Gramm wiegen soll - Werte, mit denen es das kleinste und leichteste der Weltwäre, könnte man es schon heute kaufen. Doch da laufend mit weiteren Neuvorstellungen zu rechnen ist, dürfte das Attribut des "kleinsten und leichtesten Laufwerks" wohl bald eher einem Wanderpreis als einer fest vergebenen Auszeichnung gleichen .

Wie rasant die Entwicklung von Festplatten-Laufwerken vorangekommen ist, macht eine kurze Rückschau auf den Beginn des letzten Jahrzehnts deutlich, als eine Festplatte mit 8 Zoll Durchmesser und 10 MB Fassungsvermögen l 980 schon als ganz ordentliches Angebot galt. Die 2 1/2 Zoll-Winzlinge von heute messen und wiegen nicht nur einen Bruchteil des seiner-zeitigen Systems, sondern können obendrein auch achtmal soviel lnformationen festhalten und lassen sich überdies über Stunden hinweg per kompakter Batterie betreiben. Bei Nichtbenutzung versinken sie sogleich in einen extrem stromsparenden "Schlaf".

Die Technik ist noch nicht ausgereizt

Doch auch mit den 2 1/2-Zoll-Laufwerken ist die Technik noch längst nicht ausgereizt wie aus Fachkreisen zu hören ist. Schon in etwa zwei Jahren dürften erste Modelle mit Platten von 1,8 oder 1,9 Zoll Durchmesser präsentiert werden; auch werden daneben 1,2-Zoll-Konzepte diskutiert. 1992 dürfte auch der Punkt erreicht sein, da im konventionellen 5 1/4-Zoll-Format auf jede einzelne Magnetplatte bis zu 600 MB passen Damit wären Standard-PCs als Tischgeräte denkbar die 3 GB und mehr aufnehmen können.

Sei den Großrechnern findet man heute unter anderem Kopf-Platten-Einheiten (HDA beziehungweise head-disk-assembly) mit 9 1/2-Zoll-Platten. Die Speicher-Scheiben sind zwar kleiner als früher üblich doch können sie dank besserer Aufzeichnungsmöglichkeit jetzt jeweils bis zu 1,9 GB fassen. Sie arbeiten mit nur einem Zugriffsarm pro Spindel rotieren pro Minute 4260mal und sollen trotz des großen Plattendurchmessers im günstigsten Fall durchschnittlich nur 8,5 Millisekunden Suchzeit benötigen. HDAs als komplette Systeme in typischen Rechezentren bieten nun dit Möglichkeit, pro Quadratmeter Stellfläche 32 - anstatt der früheren 18 - GB unterzubringen.

Bei optischen Plattenspeichern also bei nur lesbaren CD-ROMs, bei einmal beschreib und dann nur noch lesbaren WORMs (write once read many) und bei beliebig neu beschreib und auch lesbaren magneto-optischen MO-Platten sind die Verhältnisse nicht ganz so deutIich.

Technische Probleme nicht mehr im Vordergrund

Optische Platten aller drei Gruppen werden heute primär in 5 1/4-Zoll-Größe gefertigt, doch ist schon jetzt zu erkennen daß die Entwicklung in Richtung 3 1/2-Zoll-Laufwerke gehen wird.

Heute stehen nicht mehr technische Probleme im Vordergrund sondern vor allem das leidige Thema der unzureichenden Einheitlichkeit. Denn obwohl für den Erfolg frei wechselbarer Datenträger wie dies ja alle drei Varianten optischer Platten sind Austauschbarkeit die wichtigste Voraussetzung ist sieht es in der Praxis hiermit noch traurig aus: Erst jetzt - und damit viel zu spät - haben 14 Unternehmen sich zusammengetan um "bei der Entwicklung von Standards für optische Plattenspeicher-Laufwerke die einmal und mehrmals beschreibbare Medien bearbeiten können" einen gemeinsamen Weg zu gehen.

Drei Möglichkeiten für den Anwender

Diese 14 Unternehmen zu der unter anderem auch Sony, Seiko-Epson, Philips DuPont, 3M Fuji und HP zählen wollen nunmehr zumindest "Standards für das Aufzeichnungsformat nur einmall beschreibbarer 5 1/4-Zoll-Speicherplatten" setzen und sich dabei "an den ANSI/ ISO-Normen über das Aufzeichnungformat CC (continuous composite) für wiederbeschreibbare Medien orientierten". Während hier zumindest ein Anfang gemacht ist, sieht es bei den nur lesbaren, fertig bespielten CD-ROMs immer noch düster aus - das jedenfalls wurde erst kürzlich wieder deutlich, als Fachleute in Boston Themen wie Datenindizierung, Benutzeroberflächen und Afragetechniken diskutierten: Obwohl die CD-ROMs die alteste der drei Opto-Plattengruppen darstellten und es für sie ja auch schon ISO-Normen gebe, mangele es weiterhin an der dringend notwendigen Kompatibilität zwischen den Produkten Unterschiedlicher Hersteller stellen sie frustriert fest.

Der Anwender hat deshalb nur eine Möglichkeit: Er muß auf den Standard warten der sicher einmal kommen wird - will er nicht später auf inkompatible Laufwerke und Platte irgendenes Herstellers angewiesen sein.