De harde schijf is een watje geworden

De harddisk begint de zwakste schakel in de computer te worden. Er past wel steeds meer op, maar hij is niet meer vlot uit te lezen....

PER aardbewoner wordt dagelijks het equivalent van zo'n tweehonderd A4-tjes aan informatie geproduceerd, berekende de universiteit van Californië eind vorig jaar. Slechts een fractie van die informatie komt op papier terecht; het leeuwendeel wordt weggestouwd op magnetische media, zoals tapes en harde schijven. De harde schijf is de afgelopen decennia een eindeloos uitdijend pakhuis voor de opslag van gegevens gebleken.

Het lijkt er echter op dat de harde schijf de almaar groeiende informatiestroom over enkele jaren niet meer zal kunnen bijbenen. De zoektocht naar een opvolger is dan ook in volle gang. Zo riep de Universiteit Twente vorig jaar de leerstoel Systemen en Materialen voor Informatieopslag in het leven. Hoogleraar prof. dr. Cock Lodder werddeze week door de Technologiestichting STW benoemd tot Simon Stevin-meester voor zijn pionierswerk. Aan de prijs is een bedrag verbonden van een half miljoen euro, waarmee Lodder een deel van zijn onderzoek gaat financieren.

'Geen enkel apparaat heeft zich sinds zijn uitvinding zo sterk verbeterd als de harde schijf', zegt Lodder, een week na zijn inaugurele rede, in zijn werkkamer op de campus. 'De datadichtheid is in vijfenveertig jaar tien miljoen keer zo groot geworden. Als de auto een vergelijkbaar spectaculaire ontwikkeling had doorgemaakt dan reden we nu op één druppel benzine met de lichtsnelheid naar Spanje. Maar de grenzen aan de groei zijn bijna bereikt.'

Een harde schijf is vergelijkbaar met een platenspeler; een ronddraaiend plaatje met daarboven een kop die de informatie leest. Dat gebeurt in het geval van de harddisk aan de hand van kleine gebiedjes die gemagnetiseerd zijn: de overgang tussen twee tegengesteld gemagnetiseerde gebiedjes vormt een bit. De groei van de informatiedichtheid op de harddisk is te danken aan het feit dat de gebiedjes de afgelopen decennia steeds kleiner zijn geworden.

Weliswaar is die ontwikkeling nog niet afgelopen, en verdubbelt de datadichtheid nog elk jaar, maar sinds kort groeit de lees- en schrijfsnelheid niet hard genoeg meer mee. Er is dus nog wel genoeg parkeerruimte op de schijf, maar er is slechts één uitrit. Alle informatie moet via die ene leeskop van de schijf naar de rest van de computer worden geleid. Daarmee degradeert de harde schijf binnenkort tot de zwakste schakel in de computer, die namelijk zo snel is als zijn langzaamste component.

'Je zou twee dingen kunnen doen om de lees- en schrijfsnelheid te vergroten', zegt Lodder. 'Ten eerste zou je de harde schijf sneller kunnen laten draaien. Maar hij draait nu al met vijftienduizend toeren per minuut: dat betekent dat de rand van de schijf een kwart van de geluidssnelheid heeft. Een nog hogere snelheid stelt te hoge eisen aan de lagers, het draaimechaniek en regeltechniek. Een andere optie zou zijn om het aantal leeskoppen te vergroten. Maar die zitten elkaar dan erg in de weg, dat wordt mechanisch zeer lastig, en wordt snel onbetaalbaar.'

Behalve het gebrek aan lees- en schrijfkoppen heeft de harde schijf nog een tweede probleem, zegt Lodder: hij draait namelijk met constante snelheid. Dat het lezen en schrijven niet al te snel gaat moet je accepteren, maar door de constante draaisnelheid is het bovendien niet mogelijk om even snel een bepaalde locatie te zoeken.

Beide problemen zijn inherent aan het principe van de harde schijf; het informatiemedium beweegt, terwijl de lees- en schrijfkop stilstaat. Verspreid over de wereld werken verschillende onderzoeksgroepen dan ook aan nieuwe informatieopslagsystemen, waarbij het medium zelf stilstaat en het juist de schrijf- en leespen is die beweegt. In dat geval is het veel makkelijker om met meerdere lees- en schrijfkoppen de data te lijf te gaan, en om de snelheid te variëren.

Zo heeft IBM de 'duizendpoot' bedacht: het opslagmedium is een plastic plaatje, waarover duizenden minuscule pootjes marcheren. De pootjes zijn in feite piepkleine soldeerboutjes, die gaatjes in het plastic kunnen boren - of juist niet. Waar een gaatje zit is het bit een nul, waar geen gaatje zit is het een één. Het uitlezen van de bits gebeurt door dezelfde 'pootjes', maar dan nadat ze afgekoeld zijn. Lodder: 'Nadeel is wel dat de bits niet individueel gewist kunnen worden: je kunt alleen alle gegevens tegelijk wissen, door de hele laag te verwarmen. Dan smelten alle gaatjes weer dicht. Dat zou handig kunnen zijn in een digitale camera. Maar ik zie het systeem niet als opvolger van de harde schijf.'

Zelf ziet hij meer in magnetische media, omdat die wel oneindig vaak, bit voor bit kunnen worden herschreven. En van de systemen die zijn groep in Twente ontwikkelt is het zogeheten proberecordingsysteem. De data worden opgeslagen in een vierkant veld met een geordend patroon van miljoenen kleine uitstulpingen, die ieder afzonderlijk kunnen worden gemagnetiseerd. Het veld is ongeveer een vierkante centimeter groot. Het lezen en schrijven gebeurt door een miniatuur landbouwwerktuig, dat precies boven het veld hangt. Het is een soort eg met duizenden vingers ('probes') die het veld met de uitstulpingen aftasten. Door magnetische aantrekking en afstoting merkt een vinger of een uitstulping in het veld een nul of een één is.

'Zo kun je duizenden bits tegelijk lezen of schrijven', zegt Lodder. Bovendien hoeft het landbouwwerktuig niet veel te bewegen; omdat de afstand tussen twee buurvingers maar een tiende millimeter is, hoeft de 'eg' ook maar een tiende millimeter in twee richtingen te kunnen bewegen om het hele veld te bestrijken. 'Daardoor zijn de toegangstijden van dergelijke proberecordingsystemen veel lager dan die van harde schijven.'

Voor de beweging, die heel nauwkeurig moet zijn, hebben collega's binnen het MESA-plus onderzoeksinstituut een soort mechanische rups ontworpen. Met een aantal van die rupsen kan een dataveld worden opgesplitst in verschillende, onafhankelijk bewegende deelvelden, zodat de juiste bits nog sneller door de lees- en schrijfvingers kunnen worden bereikt. 'Nu moeten we het alleen nog even maken', zegt Lodder.

Een van de voordelen van het systeem is het energieverbruik, dat lager is naarmate er minder data worden gelezen of geschreven. De harde schijf gebruikt altijd dezelfde hoeveelheid energie, omdat hij altijd met dezelfde snelheid draait, ongeacht de op een zeker moment benodigde datastroom.

Met name als de informatie op een gegeven moment kan worden opgeslagen in moleculen of atomen, ziet Lodder het proberecordingsysteem als de meest waarschijnlijk opvolger van de harde schijf. 'Maar het duurt nog wel even voor het zover is. Je hoeft je pc nog niet weg te gooien.'

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@volkskrant.nl.