Grundlagen der MO-Technologie

13.04.2005 von Karl Fröhlich
Seit vielen Jahren bleibt den magneto-optischen Wechselspeichern der große Durchbruch in der Käufergunst versagt. Dabei zeichnet sich gerade die MO-Technologie durch Langlebigkeit und Datensicherheit aus.

Angesichts gleichzeitig boomender Umsatzzahlen bei CD- und DVD-Laufwerken haben sich viele MO-Anbieter mittlerweile resigniert zurückgezogen. Einzig Fujitsu stemmt sich gegen den Trend und bietet die MO-Technologie weiterhin an.

"Für alle Anwender, die kritische Informationen, das heißt Daten, die gar nicht oder nur sehr aufwendig reproduzierbar sind, langfristig sicher archivieren wollen, führt an der MO-Technologie nach wie vor kein Weg vorbei", behauptet Thomas Bengs, Product Manager Europe bei Fujitsu. Selbst neueste Produkte aus dem Bereich wieder beschreibbarer CD- und DVD-Technologien stellen nach Bengs' Ansicht im Hinblick auf die Sicherheit keine Alternative dar.

Der Grund dafür ist die bei wieder beschreibbaren CD- und DVD-Medien eingesetzte Phase-Change-Technologie. Das vergleichsweise einfache und preiswerte Verfahren, bei dem durch Erhitzen mittels eines Laserstrahls die Struktur des Speichermaterials zwischen einem amorphen und einem kristallinen Zustand wechselt, unterliegt Einschränkungen.

CD und DVD sind keine MO-Alternative

"Handelsübliche CD- oder DVD-Rohlinge können vielleicht 1000 Mal überschrieben werden und haben eine Haltbarkeit von zirca fünf Jahren", warnt Bengs. Zu wenig, wenn es um die Archivierung unwiederbringlicher Daten wie Fotos geht. Nach seiner Erfahrung ist diese Tatsache kaum einem IT-Anwender bewusst. Da sowohl Desktop-Rechner wie auch Notebooks heute serienmäßig mit CD- oder DVD-Brennern ausgestattet sind, sehen deren Benutzer keine Notwendigkeit, zusätzliche Investitionen hinsichtlich einer langfristigen und sicheren Datenarchivierung zu tätigen.

Seit dem Jahr 2000 ist der Umsatz mit MO-Laufwerken rückläufig. Jährlich wurden seitdem zirka zehn Prozent weniger Drives verkauft, wobei 90 Prozent aller MO-Drives über japanische Ladentische gingen. Grund genug für Fujitsu, den anspruchsvollen Anwendern aus dem Consumer-Markt sowie SOHO- und Mittelstandskunden die Vorzüge der MO-Technologie gegenüber herkömmlichen Alternativen in einer MO-Initiative näher zu bringen.

MO-Technologie und das Transrapid-Syndrom

Überspitzt formuliert könnte man es das "Transrapid-Syndrom" nennen: Ähnlich wie die revolutionäre und hoch gelobte Magnetschwebebahn, hat es die magneto-optische Speichertechnologie (MO) trotz aller Anstrengungen nicht geschafft, sich am Markt zu etablieren. Ist die MO-Technologie ganz einfach ihrer Zeit voraus? Haben die Hersteller an den tatsächlichen Bedürfnissen der Anwender vorbei entwickelt? Oder haben die Anbieter letzten Endes vielleicht doch nur auf die falschen Vertriebs- und Marketing-Konzepte gesetzt? Fragen, auf die die Produzenten magneto-optischer Wechselplattenlaufwerke seit der Markteinführung Ende der 80er Jahre keine plausiblen Antworten fanden.

Das geringe Interesse bei potenziellen Anwendern hat Spuren hinterlassen. Von ehemals sechs Herstellern von 3,5-Zoll-MO-Laufwerken sind mit Olympus, Konica und Fujitsu nur drei übrig geblieben. Noch einschneidender ist die Situation bei den hochkapazitiven 5,25-Zoll-MO-Produkten. Mit Sony und Maxoptix gibt es hier heute gerade einmal zwei Anbieter, wobei Sony bereits in 2003 die Einstellung seiner MO-Entwicklung verkündet hat. Während Konica und Olympus ihr Engagement ausschließlich auf den japanischen Markt konzentrieren und die Vertriebsaktivitäten von Maxoptix auf Sparflamme laufen, hat Fujitsu seine Ambitionen, die MO zumindest in dedizierten Nischenmärkten zu etablieren, noch nicht ad acta gelegt.

Nischen- statt Massenprodukt

"Die MO ist kein Produkt für Media-Märkte", erklärt Bengs die Fujitsu-Strategie. "Unsere Absicht ist es, die Technik fokussiert als optimale Lösung für ganz spezifische Anwendungsfälle zu positionieren." Die Tatsache, dass das Speichervolumen von 3,5-Zoll-MO-Laufwerken derzeit auf maximal 2,3 GByte und damit auf die Hälfte der Kapazität einer Single-Layer-DVD (4,7 GByte) beschränkt ist, setzt diesem Vorhaben allerdings enge Grenzen.

In den Mittelpunkt der Kampagne hat Fujitsu deshalb die Archivierung digitaler Fotos und die synchronisierte Datensicherung beim Mobile Computing gestellt. Doch auch Branchen mit sensiblen Datenbeständen wie Banken, Versicherungen, Behörden, Krankenhäuser oder Anwalts- und Steuerkanzleien zählen ebenso zum potenziellen Kundenkreis wie professionelle Fotografen, Grafiker oder Musiker.

"Die geschätzte Lebensdauer von Daten auf MO beträgt mehr als 50 Jahre", verdeutlicht Bengs die Vorteile der MO für die Langzeitarchivierung hochrelevanter Text- und Bilddokumente. "Selbst hochwertige CDs und DVDs erreichen heute bei optimaler Lagerung oft weniger als zehn Jahre."

Highend-MO-Nachfolge ist umkämpft

Gänzlich anders stellt sich die Situation bei 5,25-Zoll-MO-Laufwerken dar. Sie werden nur selten als Einzellaufwerke betrieben und kommen fast ausschließlich in automatischen Wechselsystemen, so genannten Jukeboxen, zum Einsatz. Ihre Einsatzbereiche liegen in den unterschiedlichsten Industrien, von der Medizintechnik bis zur Telekommunikation. Zwar müssen sich auch 5,25-Zoll-MO-Laufwerke der DVD-Konkurrenz stellen, allerdings ist der Wettbewerbsdruck auf Grund der höheren Kapazität (bis zu 9,1 GByte) deutlich geringer als im Lowend-Segment. Als Konkurrenten erweisen sich stattdessen hochkapazitive Bandbibliotheken, die mit speziell für die Archivierung entwickelten WORM-Bändern verfügbar sind.

Um dieser Entwicklung zu begegnen, muss die Kapazität von optischen Laufwerken deutlich gesteigert werden. Eine Forderung, die nur unter Verzicht auf die Abwärtskompatibilität zu früheren MO-Generationen möglich ist. Sony, langjähriger Marktführer bei 5,25-Zoll-MOs, hat sich deshalb 2003 zu einem radikalen Schnitt entschlossen: Die Entwicklung von MOs wurde komplett eingestellt, stattdessen alle Ressourcen in die Entwicklung einer neuen hochkapazitiven Alternativtechnologie, der so genannten PDD-Technologie, gesteckt. Der führende Jukebox-Anbieter Plasmon entwickelte gleichzeitig gemeinsam mit Hewlett-Packard die konkurrierende UDO-Technologie. Die optischen Laufwerke weisen Kapazitäten von 23,3 bzw. 30 GByte auf, verwenden dabei allerdings beide Phase-Change-Medien. Nach Angaben der Hersteller gelang es, die Leistungsfähigkeit der Medien gegenüber traditionellen Phase-Change-Medien deutlich zu erhöhen (10.000 Überschreibzyklen, 50 Jahre Haltbarkeit) und denen von MO-Medien anzugleichen.

Dies sind Aussagen, denen Fujitsu-Entwickler offenbar nicht ganz trauen. Sie arbeiten derzeit an einem eigenen optischen High-Capacity-Laufwerk. Die Technologie, die auf "echten" MO-Medien basiert, soll dem Anwender 30 GByte (einseitig) im 3,5-Zoll-Format oder 100 GByte (doppelseitig) im 5,25-Zoll-Format bieten.

Die MO-Technologie

Wie der Name bereits sagt, werden bei der magneto-optischen Technologie magnetische und optische Verfahren kombiniert. Die Speicherung der Daten erfolgt magnetisch. Zum Tragen kommt hier eine Besonderheit des verwendeten Medienmaterials. Im Gegensatz zu traditionellen magnetischen Speichern - wie Festplatten oder Magnetbändern - reicht zum Beschreiben magneto-optischer Medien das Anlegen eines Magnetfeldes allein nicht aus.

Auf Grund des verwendeten Oberflächenmaterials ist eine Magnetisierung, das heißt eine Datenbeschreibung oder eine Entmagnetisierung (Datenlöschung) erst dann möglich, wenn das Speichermedium erhitzt wird. Dies passiert optisch, mit Hilfe eines Laserstrahls. Ein starker Laserimpuls erhitzt die Speicheroberfläche punktuell und kurzzeitig auf den so genannten Curie-Punkt. Er kennzeichnet die Temperatur, bei der ein Material seine magnetischen Eigenschaften verliert. Durch Anlegen eines schwachen Magnetfeldes erfolgt jetzt eine Ausrichtung (Polarisierung) der Oberflächenbeschichtung. Mit der Abkühlung des Punktes "erstarrt" die Polarisierung und die Daten sind gespeichert.

Das Lesen der Daten erfolgt rein optisch mit Hilfe eines schwächeren Laserstrahls (ca. zehn Prozent der Schreibintensität) durch Reflexion an der nun unterschiedlich polarisierten Speicheroberfläche. Durch die auf einen kleinen fest definierten Temperaturbereich beschränkte Magnetisierungsfähigkeit können die Daten nicht - wie bei traditionellen magnetischen Speichermedien (Festplatte, Magnetband) - versehentlich oder mutwillig durch magnetische Felder zerstört werden.

Vor- und Nachteile der MO-Technologie

MO-Medien weisen eine extrem hohe Datensicherheit auf. Der Datenschutz wird auf Grund der Tatsache, dass sich die MO-Scheibe in einer Schutzhülle (Cartridge) befindet, noch verstärkt. Diese verhindert zum einen mechanische Beschädigungen wie Kratzer, zum anderen federt sie beispielsweise Stürze vom Schreibtisch auf einen harten Untergrund ab. MO-Laufwerke und Medien gibt es im 3,5-Zoll- und 5,25-Zoll-Format. Die maximale Kapazität liegt bei 2,3 beziehungsweise 9,1 GByte.

Mit einer Speicherdauer von bis zu 50 Jahren übertreffen MOs nicht nur die Haltbarkeit magnetischer Medien, sondern auch die optischer Medien wie CD oder DVD (üblicherweise fünf, qualitativ hochwertige Rohlinge zehn Jahre) deutlich. Magneto-optische Medien können quasi unbegrenzt oft gelöscht und wieder beschrieben werden.

Nachteile der MO-Technologie sind die im Vergleich zu anderen rein magnetischen beziehungsweise rein optischen Technologien hohen Laufwerkspreise sowie die relativ geringe Schreibgeschwindigkeit. Da Wechselmedien häufig auch zur Datenverteilung benutzt werden, erweist sich auch der geringe Verbreitungsgrad der MO-Technologie als Defizit.

UDO - Ultra Density Optical

Ultra Density Optical (UDO) nutzt ebenfalls einen mit einer Wellenlänge von 405 nm arbeitenden blau-violetten Laser. Der große Unterschied zwischen Blu-Ray und UDO besteht im verwendeten Linsensystem: Während Blu-Ray eine 0,85-NA-Linse verwendet, kommt bei der ersten UDO-Generation aus Zeit- und Kostengründen eine 0,7-NA-Linse zum Einsatz. Spätere UDO-Generationen werden, wie Blu-Ray, 0,85-NA-Linsen verwenden. Wie bereits bei den beschreibbaren DVD-Produkten basiert UDO ebenfalls auf der bekannten Phase-Change-Medientechnologie. Die Abmessungen der UDO-Medien sind identisch mit denen der derzeitigen 5,25"-MO-Medien und somit kompatibel zu bestehenden automatisierten Jukeboxen.

Angeboten werden sowohl beschreibbare WORM-Medien als auch Datenträger, die bis zu 10.000 Mal wieder beschreibbar sind. Die jetzt verfügbare erste Produktgeneration unterstützt Speicherkapazitäten von 30 GByte pro Medium (15 GByte pro Seite) und ermöglicht Datentransferraten von bis zu 8 MByte/s beim Transfer, 4 MByte/s beim Schreiben. Zukünftige Generationen werden, so die Entwickler, sogar Kapazitäten von 60 GByte und 120 GByte aufweisen, wobei die Rückwärtskompatibilität gewährleistet ist. Nach Angaben von Plasmon beträgt der Preis der UDO-Medien mit ca. zwei US-Dollar pro GByte gerade einmal ein Fünftel des Preises herkömmlicher MO-Medien.

PDD - Professional Disc for Data

Genau wie UDO orientiert sich die Sony-Technologie Professional Disc for Data (PDD) eng an der Blu-Ray-Spezifikation. Sony verwendet nicht nur den 405-nm-Laser, sondern - im Gegensatz zu UDO - auch das Blu-Ray-Linsensystem mit einer nummerischen Apertur von 0,85. Auf Grund dessen liegt die Kapazität des nur einseitig beschreibbaren Mediums mit 23,3 GByte über der von UDO-Laufwerken. In Zweijahresabständen soll diese nach Sony-Angaben auf 50, später auf 100 GByte erhöht werden.

Vorteile gegenüber UDO hat PDD bei der Datentransferrate, die mit 11 MByte/s bzw. 9 MByte/s beim Schreiben deutlich höher liegt. Das Laufwerk kann alternativ mit wieder beschreibbaren RW- oder mit WORM-Medien betrieben werden. Die neu entwickelten Cartridges, die einen extrem hohen Schutz gegen Staub und mechanische Beschädigungen bieten, lassen sich auf Grund ihrer Abmessungen allerdings nicht ohne weiteres in aktuelle Jukeboxen integrieren.

Die internen Laufwerke sind seit März 2004 erhältlich, die externen Versionen seit Mitte 2004. Die Preise inklusive Mehrwertsteuer liegen aktuell zwischen 2000 Euro für ein internes Laufwerk wie Sony BW-F101 und 2500 Euro für ein externes Laufwerk wie Sony BW-RS101.

Großen Wert haben sowohl die UDO- als auch die PDD-Entwickler auf die Haltbarkeit der verwendeten Medien gelegt. Für einen Zeitraum von mehr als 50 Jahren - und damit genau so lang wie bei MO-Medien - sollen nach ihren Berechnungen Daten auf den verwendeten Phase-Change-Medien sicher gespeichert sein.

Konkurrenten und Nachfolger

Ähnlich wie im Marktsegment der Bandlaufwerke gibt es bei optischen Speichern eine Vielzahl unterschiedlicher Technologien. Auf Grund der fortschreitenden Konvergenz von Computertechnologie und Unterhaltungselektronik wird der Consumer-Bereich inzwischen von den CD- und DVD-Technologien dominiert. Die ursprünglich für die Unterhaltungselektronik konzipierten CD- und DVD-Standards zeichnen sich durch hohe Kapazität und vergleichsweise günstige Preise aus. Ihre Stärken liegen generell im Bereich von Multimedia-Anwendungen.

In klassischen IT-Umgebungen, beispielsweise in der Datenarchivierung eingesetzt, weisen diese Technologien allerdings Defizite im Hinblick auf Datensicherheit und Datenintegrität auf. Sie sind deshalb nach Ansicht von IT-Experten für den professionellen Einsatz, beispielsweise in hochverfügbaren Speichernetzen, nicht oder nur sehr bedingt geeignet. Das gilt auch für die als DVD-Nachfolgetechnologien gehandelten Blu-Ray- und HD-DVD-Standards. Die von der Blue-Ray-Association beziehungsweise dem DVD-Forum entwickelten Spezifikationen verwenden einen 405-nm-(blau-violetten) Laser und erzielen damit eine Kapazität von etwa 25 GByte / 15 GByte auf einer Oberflächenseite. Blu-Ray und HD-DVD zielen hauptsächlich auf das Marktsegment des hochauflösenden Fernsehens HDTV (High Definition Television) ab.

Im Gegensatz dazu spricht die von Plasmon und Hewlett-Packard entwickelte UDO- und die kürzlich von Sony vorgestellte PDD-Technologie die Zielgruppe der Computeranwender an. Beide Technologien orientieren sich eng an der Blu-Ray-Spezifikation und verstehen sich - konkurrierend - als legitime Nachfolger der heutigen MO-Technologie. (hal)

Dieser Artikel basiert auf einem Beitrag von speicherguide.de.