1999年光驱大展望

龚胜
1999年 第4期 17版

    采用光学方式的记忆装置，因其容量大、可靠性好、存储成本低廉等特点，越来越受到世人注目。从磁介质到光学介质是信息记录的飞跃。目前应用最广泛的光存储设备当属CD－ROM，已经成为个人电脑的标准配置。随着介质及设备价格的快速下降，CD－R/CD－RW的发展也非常快速，将有可能逐步取代CD－ROM的地位。而在光存储设备中最引人注目的是DVD－ROM，尤其是可擦写的DVD－RAM，尽管由于标准及版权等问题的困扰，使DVD的发展和应用受到一些影响，但DVD依然是最受关注也最具发展前途的光存储设备。
#1    一、CD－ROM
    CD－ROM可以说是光存储设备的鼻祖。光驱的数据传输速度从最初音频CD标准：150KB／s（一倍速），发展到现在的40倍速以上，平均寻道时间从400ms降低到100ms以下，速度得到了很大提高；支持碟片类型从刚开始的CD－DA，到支持所有符合ISO9660格式的碟片；接口类型由ATAPI－IDE发展到SCSI、Enhanced－IDE，而且支持Ultra－DMA33接口。CD－ROM在诞生近二十年后，在1999年仍有一些发展余地。
#1    1.速度进一步提高
    光驱的速度主要是由寻道时间和数据传输率共同决定的，同硬盘一样，数据传输率的提高依赖于转速的提高，光驱的主轴转速有望提高到10000rpm以上，相应传输速率达到48×以上。采用附加齿轮杠杆传动等技术可以在很大程度上降低寻道时间，有望降低到50ms以下，同时内建缓存将由128KB增加到512KB甚至更多，接口方式预计也有可能随同硬盘由Ultra/DMA33发展到Ultra/DMA66。
#1    2.纠错能力及可靠性的提高
    （1）数字伺服系统
    数字伺服系统在光驱出厂前不需要手动调整增益／衰减值，而是在使用的过程中自动调整光驱的伺服机构，从而保证光驱读取数据的准确性。
    （2）抗震悬吊DDSS技术
    用两个抗震动装置与动态阻尼器，可以有效地吸收主轴电机高速旋转时产生的震动。
    以上技术的采用将有效地提高光驱的速度、纠错能力及可靠性，延长CD－ROM的生命周期。
#1    二、CD－R/CD－RW
    尽管CD－ROM驱动器得到了极为广泛的应用，但不能写入的致命弱点，已逐步成为发展的障碍。CD－R是英文CDRecordable的简称，意为小型可写光盘（见^041701a^）。它的特点是只写一次，写完后的CD－R光盘无法被改写，但可以在CD－ROM驱动器和CD－R刻录机上被多次读取。CD－R光盘的最大优点是记录成本最低，而且使用寿命很长，因此CD－R正逐渐成为数据存储的主流产品，在数据备份、数据交换、数据库分发、档案存储和多媒体软件出版等领域获得了广泛应用。另外一种相关的成功技术是CD－RW，它提供次数有限的读写功能。事实上，CD－R/CD－RW已经成为价廉通用的桌面系统文件交换的工具，1999年后将在以下方面得以发展：
#1    1.速度提高
    与CD－ROM不同，CD－R/CD－RW的速度提高主要是指写入速度的提高，从目前的4倍速写入，发展到6倍速及8倍速写入。读出速度也将提高到24×以上。
    在CD－RW方面，快速格式化技术将得到广泛采用，使得格式化一张CD－RW介质所要时间缩短到只需5分钟左右。
#1    2.缓存器容量增加
    刻录机缓存器容量非常重要，若容量不足往往会导致缓存器欠载运行错误而引起刻录过程中断，使CD－R盘片报废。缓存器的容量越大越好，一般的CD－R刻录机都采用了容量为512K～1M的缓存器，今后将提高到2M以上甚至更多。
#1    3.增加支持的数据格式
    最新的CD－RW刻录机将支持CD－UDF格式，在支持CD－UDF格式的软件环境下，CD－RW刻录机具有和软驱一样的独立盘符，用户无需使用刻录软件，就可像使用软驱一样直接对CD－RW刻录机进行读写操作，大大简化了CD－RW刻录机的操作和管理，给用户带来极大的方便。
#1    4.刻录方式的发展
    除整盘刻写、轨道刻写和多段刻写三种刻录方式外，今后刻录机还将支持增量包刻写（Incremental Packet Writing）刻录方式。为了减少追加刻录过程中盘片空间的浪费，Philips公司开发出了增量包刻录方式。增量包刻录方式的最大优点是允许用户在一条轨道中多次追加刻写数据，增量包刻录方式与软硬盘的数据记录方式类似，适用于经常仅需备份少量数据的应用。
#1    三、DVD驱动器
#1    1.DVD－ROM
    DVD是数字视盘（Digital Video Disc）和数字万用盘（Digital Versatile Disc）的缩写，它是一种容量更大，运行速度更快的新一代光存储技术。
    虽然DVD盘片的外观和尺寸与现在广泛使用的CD盘片没有什么区别，但二者的结构有较大不同，DVD盘片的容量是CD盘片的7～20倍。为提高DVD盘片的存储容量，采取了提高盘面利用率、减少纠错码位数、修改信号调制方式以及减少每个扇区字节数等措施，这使得DVD盘片的单面容量高达4.7GB，是CD盘片容量的7倍多。
    由于DVD盘片的最小凹凸坑长度以及光道间距都比CD盘小得多，因此DVD的光拾取器（激光头）采用波长为625nm或650nm的短波长红色半导体激光，而且激光头波长还有进一步减小的趋势。
    许多专家认为DVD将会取代CD－ROM。一些CD－ROM光驱制造商由于看好DVD－ROM光驱市场，计划几年内取消CD－ROM光驱的生产。DVD－ROM光驱不仅可读大容量的DVD盘片，也能向下兼容读取数以亿计的CD－ROM盘片。第二代DVD－ROM还与CD－R兼容。大部分DVD－ROM光驱具有低于100ms的查找时间和大于1.3MB/s的数据传输率。单倍速DVD－ROM的数据传输率大致等同于9倍速CD－ROM光驱，目前市场的主流是2倍速DVD－ROM光驱，可以以20倍甚至更高的速度读取CD－ROM数据。5倍速的DVD光驱已经发布。
    DVD－ROM光驱的连接方式与CD－ROM光驱相似：有EIDE（ATAPI）和SCSI－2等。所有DVD－ROM光驱都有音频插头，可播放Audio CD，而且有的还带有DVD Audio或 Video输出，同时内置有音频/视频解码硬件的DVD－ROM光驱也很快将发布。
    随着半导体激光的短波化、增加格式效率、双层盘技术，MARGIN合理化等技术的采用，DVD容量将进一步增加到8.5GB以上。
    DVD－ROM驱动器很可能在1999年下半年成为PC中的主流部件。
#1    2.DVD－R/DVD－RW
    与CD－R/CD－RW类似，DVD－R可记录一次数据，而DVD－RW可重写数千次。DVD－R介质像CD－R一样，采用有机染料聚合物技术，可与几乎所有的DVD光驱兼容。初期时的容量为3.95GB，到1999年中期将扩大到4.7GB。
    DVD－RW是相变可擦写格式，产品将于1999年中期上市，由Pioneer公司开发的基于DVD－R技术的DVD－RW将可以在大部分的DVD光驱和DVD机上播放，初始容量为4.7GB。
    还有一种＋RW也为相变可写格式，最早称为DVD＋RW，后来改名为＋RW。＋RW是由Philips、Sony、HP和其它一些公司基于DVD和CD－R技术发布的一种可擦写格式。＋RW驱动器可以读DVD－ROM和CD，但与DVD－RAM不兼容。它与DVD－ROM的微小区别是可以读＋RW盘片。＋RW容量为2.8GB，仅用于计算机数据存储。第二代的＋RW将能写CD－R和CD－RW。
#1    3.DVD－RAM
    第一台可读写的VD－RAM驱动器于1998年9月由Panasonic公司发布。随着多媒体时代的来临，大容量、可擦写的DVD－RAM驱动器正成为信息存储领域的热点，1999年DVD－RAM技术将得到较快的发展：
    （1）利用记录补偿技术，实现0.41μm／bit的线密度。
    （2）依靠Landgroove技术，实现0.74μm的窄磁轨间距。
    （3）UDF文件系统，UDF（Universal Disk Format）系统是DVD的统一格式，这个文件系统可在各种不同的OS上（Windows95、WindowsNT、Mac）使用。
    （4）FrontEndo装填装置，能简便快捷地装填盒装DVD－RAM盘、盒装PD盘以及12cm的DVD－ROM裸盘、CD－ROM裸盘。
    （5）依靠双激光双镜头交换式光读写头以及高速处理的LSI，实现对CD盘片的20倍速读取，并支持各种规格的光盘。
#1    四、PD光驱
    PD是“相变式可重复擦写光盘驱动器（Phase Change Rewritable Optical Disk Drive）”英文缩写的简称。PD光盘采用相变光方式，其数据再生原理与CD光盘一样，是根据反射光量的差以1和0来判别信号。PD光盘与CD光盘形状一样，为了保护盘面数据而装在盒内使用。
    根据上述特点，生产厂家开发出了可对应盒装PD和裸体CD的装载机械。PD光盘系统采用了在计算机、工作站环境中被广泛使用，与软盘、硬盘同样数据构造的单元格式，而且还采用了在计算机环境内可立即被使用的512bit／单元的MCAV格式，采用该格式可比采用CLV格式的CD－R／CD－RW更高速地进行读写操作，并实现了寻找速度的高速化。依据以上优势，PD一开始就受到以Windows95为首的计算机OS的支持。
    相变光盘系统为了保护光盘，采用了将光盘放入保护盒中使用的做法，而CD光盘是裸盘使用。为了同时处理PD盒装盘、CD裸盘，PD光盘系统采取了新式托盘装填方式。这种方式也将在DVD－RAM上使用，将成为今后光盘驱动器装填方式的主流。
#1    五、MO
    MO（MagnetoOptical）光盘的数据记录是热磁过程，它与磁性材料的居里温度的门槛性质有关，称为居里点写入。在写入过程中，聚焦光点的能量把记录材料加热超过居里点（约200℃），外加不大的磁场（约300高斯）就可对材料的磁畴产生作用。当材料冷却至居里点以下，磁畴方向就固定下来。这种记录过程在材料性能不退化的情况下表现出了高度的可重复性（百万次以上）。
    传统的MO记录信息的写过程需三遍：第一遍擦除原有记录数据：用聚焦激光光束连续照射介质，使其温度超过居里点，同时外加向一个方向的磁场，介质就被向同一方向磁化；第二遍记录数据，这时外加相反的磁场，用记录时间调制的激光脉冲照射介质，使对应脉冲的地方被磁化；第三遍验证数据是否正确地写入。
    今后将采用直接重写（DOW，DirectOverwrite，或OW，OverWrite）技术可把第一、二遍结合为一遍，使得MO的存取速度提高到能在一般场合代替硬磁盘应用。目前MO介质已成为了一个计算环境，用户可把整个计算系统，包括操作系统、应用软件和自己的工作文件装在一个MO介质上，从MO系统的性能来看，可达到完全在MO上运行，而不用加载到硬盘上的水平。这就大大拓宽了MO的应用领域，也使得MO具有了更强的技术生命力和市场竞争力。目前的介质技术已使得MO光盘的速度、可靠性、位存储价格、可重写次数、存档时间等方面，达到了令人比较满意的水平。这些特点使得MO在与CD－RW/DVD－RAM的竞争中，处于不可替代的地位。
    总的说来，可擦写、高密度存储、三维存储、多值存储和全息存储等高新技术正成为今后光存储技术的发展方向。