Dane na wieczność – oto najtrwalsze nośniki na świecie

Niemal wszystkie nasze dane są zapisane na dyskach twardych i płytach DVD, które mogą przetrwać najwyżej 10 lat. Na szczęście najnowsze technologie pozwoliły stworzyć znacznie trwalsze nośniki informacji – przedstawiamy je w artykule.

Do końca 2012 roku łączna objętość zapisanych danych sięgnie 2 500 000 000 000 000 000 000 bajtów – czyli 2500 eksabajtów. Taką wielkość trudno nawet ogarnąć umysłem. Jeszcze trudniej jest jednak uświadomić sobie, że w ciągu pięciu lat te dane fizycznie znikną, gdyż żywotność dysków twardych – najczęściej stosowanych nośników danych – wynosi średnio właśnie tyle i po takim czasie muszą one zostać wymienione na nowe. Mało tego, według ankiety przeprowadzonej przez US Market Research prywatni użytkownicy wciąż najchętniej archiwizują dane na płytach DVD – oznacza to, że aż 43 proc. z nich wykorzystuje nośnik danych, którego trwałość jest jeszcze krótsza niż trwałość dysków twardych. Paradoksalnie najczęściej powierzamy najważniejsze dokumenty, a także zdjęcia i filmy nośnikom, które wcale nie są godne zaufania. Okazuje się, że cyfrowe archiwum wymaga ciągłej opieki: regularne tworzenie kopii zapasowych jest tak samo ważne jak ciągłe kopiowanie już zarchiwizowanych danych na nowe nośniki, gdyż stare mogą w pewnym momencie przestać działać.

Istnieje wiele różnych, także relatywnie niedrogich rozwiązań umożliwiających bezpieczną, długotrwałą archiwizację ważnych dokumentów. W artykule przedstawiamy trzy z nich: dwa typy specjalnych zapisywalnych dysków przystosowanych do odczytu w standardowych napędach optycznych oraz szczególnie przygotowane dyski flash.

Cyfrowe dane mają datę ważności

Jest wiele powodów, dla których popularne nośniki danych nie nadają się do długotrwałego przechowywania informacji. Dyski twarde są nieodporne na wysoką temperaturę i wilgoć, a przy tym nie znoszą wstrząsów ani uderzeń. Dyski flash co prawda nie zawierają delikatnych podzespołów mechanicznych, ale ich komórki pamięci nie są wieczne – w przypadku codziennych zastosowań przestają działać po ok. 10 000 cykli zapisu i kasowania. A nawet jeśli w ogóle nie korzystamy z dysku, w ciągu kilku lat stracą swój ładunek.

Archiwizację na dyskach twardych utrudniają również inne czynniki, na przykład możliwa korozja złączy. System plików NTFS, stosowany dziś przy zapisie niemal wszystkich danych, został opracowany przez Microsoft i nie jest otwartym standardem – zapewne szybko zniknie, jeśli rynkowa pozycja Microsoft u osłabnie. A czy ktokolwiek może zagwarantować, że Microsoft będzie liderem po wsze czasy? Podobnie wygląda kwestia przechowywania danych w chmurze: nikt nie jest w stanie przewidzieć, czy Google albo Amazon będą istnieć za 20 lat. Płyty mają więc tę zaletę, że niezależne są od ekonomicznych uwarunkowań, procesy zapisu i odczytu są całkowicie standardowe, a w ekstremalnych sytuacjach można odczytać z nich dane pod mikroskopem elektronowym.

A więc płyty CD i DVD jednak nadają się do długotrwałej archiwizacji? Na pewno nie takie, jakie możemy kupić w każdym sklepie. Te ostatnie są często niskiej jakości, co jest efektem wieloletniej wojny cenowej między ich producentami. Jeśli zapiszemy coś na nich, to po włożeniu ich po kilku latach do napędu może nas czekać nieprzyjemna niespodzianka: dane, które uważaliśmy za bezpieczne, dawno temu zniknęły – i to dosłownie. I nie da się przewidzieć, po jakim czasie płyta stanie się nieczytelna. Nawet dyski znanych producentów nie gwarantują trwałości. Wobec tego zapewnianie bezpieczeństwa danych staje się loterią. Z technologiami, które przedstawiamy na kolejnych stronach, sprawy mają się zupełnie inaczej.

M-Disc: KAMIENNA PŁYTA

M-Disc można kupić na Allegro – za 25 dysków zapłacimy ok. 300 zł. Wypalanie płyt umożliwia kilka niedrogich modeli nagrywarek firmy LG, np. GH22NS90-M za 100 zł.

M-Disc można kupić na Allegro – za 25 dysków zapłacimy ok. 300 zł. Wypalanie płyt umożliwia kilka niedrogich modeli nagrywarek firmy LG, np. GH22NS90-M za 100 zł.

Dane na płytach M-Disc są zapisywane w warstwie materiału podobnego do kamienia. Ich producent gwarantuje 1000-letnią trwałość.

Płyty firmy Millenniata rozwiązują najważniejszy problem dotyczący zwykłych DVD. Ich trwałość zależy bowiem od stanu barwnika, w którym laser wypala informacje, oraz metalu tworzącego warstwę odbijającą światło. W miejscach, w których laser przepalił warstwę barwnika, podczas odczytu światło odbija się od metalicznej warstwy refleksyjnej, a nienaruszone obszary barwnika nie odbijają światła. Niebezpieczeństwo tkwi w utlenianiu się warstwy refleksyjnej, wykonanej z reguły z aluminium lub srebra. Niektórzy producenci – m.in. Verbatim – oferują specjalne płyty o przedłużonej trwałości, w których stosuje się zamiast tego warstwę złota bądź stopu złota i srebra. W ten sposób rozwiązany zostaje jednak tylko mniej istotny problem, gdyż jeśli chodzi o odporność na warunki środowiskowe, prawdziwą piętą achillesową płyt DVD okazuje się barwnik. Intensywne światło słoneczne, wysoka wilgotność i temperatura rozpuszczają go.

Na dyskach M-Disc dane są wypalane nie w barwniku, ale w warstwie materiału nieorganicznego, złożonej z metali i półmetali, dwutlenku krzemu oraz węgla. Wytwórca nie podaje dokładniejszych informacji o składzie zastosowanego materiału. Dalsze różnice między nimi a zwykłymi płytami DVD to znacznie wyższa moc lasera niezbędna do zapisania danych i maksymalnie czterokrotna szybkość nagrywania. W procesie wypalania laser roztapia materiał w określonych miejscach, czyli wypala zagłębienia w warstwie danych – metaliczna warstwa refleksyjna staje się zbędna. Podczas stygnięcia krawędzie wgłębień uzyskują strukturę polikrystaliczną, przypominającą strukturę skał. Dlatego można powiedzieć, że dane zapisywane na płycie M-Disc zostają wyryte w kamieniu.

Niedrogie nagrywarki dla osób prywatnych

Zaletą technologii firmy Millenniata jest jej dostępność dla przeciętnego Kowalskiego. Wypalanie płyt M-Disc umożliwiają wypalarki LG, takie jak np. GH22NS90-M. Są one wyposażone w specjalne oprogramowanie wewnętrzne, pozwalające napędom rozpoznawać płyty M-Disc i odpowiednio zwiększające moc lasera. Pod względem trwałości płyty M-Disc znacznie przewyższają wypalone płyty DVD, co wykazał test przeprowadzony przez amerykańską marynarkę. Tej próby nie przetrwały bez szwanku nawet płyty DVD uznanego producenta Taiyo Youden – zapisane na nich dane zostały utracone. W Laboratorium CHIP-a wystawiliśmy płyty M-Disc na działanie intensywnego światła ultrafioletowego przez 72 godziny. Nie wywarło to na nie żadnego wpływu – podobnie jak na płyty GlassMasterDisc. Nieczytelne stały się natomiast wszystkie tanie płyty DVD firmy Sony testowane w tym samym czasie. Nawet w przypadku drogich płyt DVD typu Archival Grade firmy Verbatim odnotowaliśmy wzrost liczby błędów odczytu o prawie 300 proc.

GlassMasterDisc: WYTRAWIONE SZKŁO

Przygotowanie płyty GlassMasterDisc trzeba zlecić wytwórcy. Proces produkcji zajmuje firmie Syylex pięć dni. Cała procedura wraz z końcowym testem jakości kosztuje 150 euro

Przygotowanie płyty GlassMasterDisc trzeba zlecić wytwórcy. Proces produkcji zajmuje firmie Syylex pięć dni. Cała procedura wraz z końcowym testem jakości kosztuje 150 euro

Dane na płytach tego rodzaju są zapisane w warstwie specjalnego szkła. Może ono przetrwać ponad 1000 lat – na Ziemi i w kosmosie.

Nawet jeśli w pierwszej chwili zabrzmi to dziwnie, wytrzymalsza od kamiennych dysków M-Disc jest warstwa specjalnego szkła. Firma Syylex oferuje płyty GlassMaster- Disc eliminujące słabą stronę dysków M-Disc, którą są dwie warstwy poliwęglanu otaczające warstwę zapisu. Amerykański Narodowy Instytut Standardów i Technologii (NIST) określa trwałość M-Disców na 1000 lat (stąd właśnie ich nazwa, od łacińskiego słowa „millenium” oznaczającego tysiąc). Jednak poliwęglan tylko w ograniczonym stopniu odporny jest na znaczne wahania temperatur. Co prawda, M-Diski wytrzymują zanurzanie w ciekłym azocie czy wrzącej wodzie, jednak w temperaturze powyżej 220°C warstwa poliwęglanu się rozpuszcza. Wówczas pozostaje jedynie sama warstwa zapisu, zdolna znieść temperatury sięgające 500°C.

Odporne na promieniowanie i ciepło

Chcąc zapewnić danym trwałość i odporność na katastrofy naturalne, ogień czy promieniowanie, musimy wykorzystać szkło – ale nie byle jakie. Syylex wytwarza płyty z takiego samego szkła, jakie stosuje się w elementach instalacji dla przemysłu chemicznego mających kontakt z kwasami i innymi agresywnymi substancjami. Porównuje się je ze szkłem borosilikonowym firmy Duran, przewyższającym pod względem odporności chemicznej większość dostępnych materiałów. Jest ono wrażliwe jedynie na płynne kwasy i roztwory mocnych zasad o temperaturze powyżej 100°C. Wytrzymuje w niezmienionym stanie do 500°C, mięknie dopiero w 850°C. Płyta wykonana z takiego szkła wytrzyma nawet temperatury bliskie zera bezwzględnego oraz silne promieniowanie. Z tego względu japońska sonda Ikaros wystrzelona w 2010 roku w kierunku Wenus ma na pokładzie właśnie szklaną płytę DVD. Takiego rodzaju dysku nie można oczywiście wypalić samodzielnie – trzeba zlecić to jego producentowi. Przygotowanie płyty Syylex zajmuje od pięciu do dziesięciu dni i kosztuje okrągłe 150 euro.

Szkło jest surowcem tradycyjnie stosowanym w produkcji tłoczonych dysków optycznych, np. DVD-ROM. Szklana matryca służy wówczas jako negatyw wytłaczanych płyt. Pierwsze etapy produkcji dysków Syylex przypominają wytwarzanie takiej matrycy. Później nakłada się na nie warstwę refleksyjną umożliwiającą odczyt płyt w standardowym odtwarzaczu. Na koniec za pomocą specjalnego kleju utwardzanego ultrafioletem na zapisaną płytę nakłada się jeszcze jedną warstwę szkła, utrudniającą złamanie nośnika.

Poza testem w kosmosie trwałość szklanych dysków sprawdzano we francuskim Laboratoire National de métrologie et d’Essais (LNE). Badanie przeprowadzono w warunkach zaostrzonych względem normy ECMA: dyski różnych typów przechowywano w temperaturze 90°C i wilgotności powietrza 85 proc. Nawet tłoczone płyty DVD stały się nieczytelne najpóźniej po 375 godzinach, a płyty wypalone w nagrywarkach odpadły dużo szybciej – tylko szklana płyta wytrzymała bez szwanku całe 1500 godzin testu.

Memory Vault: TRWAŁA PAMIĘĆ

Sandisk oferuje dwie pojemności dysków Memory Vault: model mający pamięć osiem gigabajtów kosztuje 230 zł, a jego szesnastogigabajtowy odpowiednik – 340 zł

Sandisk oferuje dwie pojemności dysków Memory Vault: 8GB za 230 zł i 16GB za 340 zł

Sandisk daje nabywcom specjalnych pamięci flash zabezpieczonych przed korozją stuletnią gwarancję trwałości.

Wygodne pamięci półprzewodnikowe w formie kluczy USB, kart pamięci i dysków SSD nie mają dobrej opinii, jeśli chodzi o trwałość – komórki pamięci flash przestają spełniać swoje funkcje po określonej liczbie cykli zapisu i kasowania. Jest to nieistotne, jeśli interesuje nas długoterminowa archiwizacja danych – informacje są przecież zapisywane najwyżej kilka razy, a później jedynie odczytywane. Dyski flash o nazwie Memory Vault opracowane specjalnie do tego celu oferuje firma Sandisk. Początkowo kontroler wbudowany w urządzenie umożliwia zarówno odczyt, jak i kasowanie czy nadpisywanie danych. Po określonej liczbie cykli zapisu i odczytu Memory Vault przełącza się na tryb „tylko do odczytu”. Sandisk nie informuje, kiedy dokładnie to następuje, ale coraz szybsze miganie diody na obudowie ostrzega użytkownika o zbliżaniu się do granicznej wartości. Opisany mechanizm zapobiega zużyciu komórek pamięci, a mimo to są one narażone na naturalną utratę ładunku. Szybkość procesu silnie zależy od temperatury przechowywania dysku.

Dyski flash lubią chłód

Komórka pamięci flash to w zasadzie tranzystor z dodatkowym elementem – bramką pływającą zapisującą elektrony. Przyłożone napięcie powoduje przejście elektronów z kanału przez warstwę izolującego tlenku krzemu do bramki pływającej bądź – podczas kasowania komórki – w odwrotnym kierunku. Liczba zapisanych elektronów określa wartość bitową komórki. O tym, czy elektrony przejdą tunelowo przez warstwę tlenku krzemu, decyduje ilość dostępnej energii. Oprócz prądu przepływ elektronów może zainicjować również ciepło – nawet wówczas kiedy pamięć nie jest zasilana. W temperaturze pokojowej trwa to jednak bardzo długo, na ogół trudno zauważyć skutki opisanego procesu.

Aby sprawdzić trwałość Memory Vault, inżynierowie Sandiska podnieśli temperaturę do 125°C i zmierzyli czas, po którym następuje utrata zapisanych danych. W takiej temperaturze dzieje się to stosunkowo szybko – do utraty informacji może dojść po ok. 350 godzinach. Ekstrapolując taki wynik na temperaturę przechowywania równą 40°C, otrzymamy trwałość sięgającą 105 lat (zależność między temperaturą a trwałością jest wykładnicza).

Oficjalnie Sandisk gwarantuje bezpieczeństwo danych przez 100 lat, ale jeśli odniesiemy powyższe wyniki do składowania w temperaturze pokojowej (20°C), Vault powinien zachować informacje w nienaruszonym stanie nawet przez 1300 lat. Ważną rolę zaczynają więc odgrywać inne czynniki zewnętrzne, np. korozja płyty głównej dysku. Z tego względu Sandisk pokrył układy pamięci specjalną warstwą ochronną. Starania projektantów odbiły się jednak na cenie: ośmiogigabajtowy dysk Memory Vault kosztuje 40 euro, a jego szesnastogigabajtowy odpowiednik – 60 euro. Za wysoką trwałość po prostu trzeba zapłacić.

PAMIĘĆ HOLOGRAFICZNA: płyta o pojemności 4 TB

Na przeźroczystych dyskach holograficznych firmy GE dane są ułożone w dziesiątkach warstw.

Na przeźroczystych dyskach holograficznych firmy GE dane są ułożone w dziesiątkach warstw.

Na początku lat 90. GE po raz pierwszy zaprezentowało holograficzny nośnik danych. Był to przezroczysty dysk wielkości płyty DVD mieszczący 500 GB informacji. Ponieważ dane są zapisywane bezpośrednio w materiale płyty i nie jest potrzebna warstwa barwnika, po płytach holograficznych można spodziewać się znacznie większej trwałości. Inny podmiot pracujący wówczas nad takimi nośnikami – InPhase – szacował ją na około 50 lat. W przypadku płyt GE każdy bit jest reprezentowany przez pojedynczy hologram o wymiarach 0,3×5 μm. Wszystkie hologramy są ułożone warstwowo – tak jak w płytach DVD czy Blu-ray, tyle że płyta mieści od 50 do 100 takich warstw. Stąd się bierze znacznie większa pojemność płyt holograficznych w porównaniu z obecnie używanymi nośnikami optycznymi. Podobny sposób ułożenia danych ma umożliwić zachowanie kompatybilności przyszłych czytników dysków holograficznych z typami płyt stosowanymi dzisiaj. Niestety, zanim holopłyty znajdą się w sprzedaży, minie jeszcze kilka lat. Dopiero w zeszłym roku GE ogłosiło, że udało się zapisać dysk holograficzny z szybkością porównywalną z prędkością płyt Blu-ray. Biorąc jednak pod uwagę pojemność nowych nośników, to o wiele za wolno.

TAŚMY MAGNETYCZNE: dane bezpieczne przez 30 lat

Aktualnie stosowane napędy LTO-5 zapisują na taśmach magnetycznych do 3 TB danych

Aktualnie stosowane napędy LTO-5 zapisują na taśmach magnetycznych do 3 TB danych

W zakresie długoterminowej archiwizacji informacji pozycja taśm pozostaje niezagrożona, gdyż gwarantują one bezpieczeństwo danych przez 30 lat. Osiągnięcie takiego rezultatu nie zawsze jest możliwe – często nadpisywane taśmy trzeba wymieniać już po kilku latach. Poza tym taśmy powinny być przechowywane w kontrolowanych warunkach: ideałem jest wilgotność powietrza między 30 a 40 proc., a temperatura – między 15 a 25°C.

Również w przypadku taśm magnetycznych gęstość i szybkość zapisu danych ciągle rośnie. Już od dziesięciu lat istnieje jednolita specyfikacja taśm Liner Tape Open, zdefiniowana przez producentów takich jak HP czy IBM. Konsorcjum LTO stworzyło „mapę drogową” rozwoju technologii, przewidującą wprowadzanie na rynek nowej generacji urządzeń co dwa lata. Nowe czytniki muszą być kompatybilne z czytnikami poprzedniej generacji. Obecnie sprzedawane są napędy i taśmy LTO-5, działające z maksymalną szybkością 300 MB/s i umożliwiające zapisanie do 3 TB (skompresowanych) danych. Najważniejszą nowością jest system plików LTFS (Linear Tape File System), umożliwiający podłączanie napędów taśmowych do pecetów i kopiowanie plików metodą przeciągnij i upuść. Urządzenia generacji LTO-6 trafią na rynek w II połowie tego roku, oferując 8 TB przestrzeni na dane oraz maksymalną szybkość transferu danych sięgającą 525 MB/s.

TRWAŁY NASTĘPCA PAMIĘCI FLASH

Komórki flash nadają się do przechowywania danych, ale nie są optymalnym medium do tego celu: pobierają dużo prądu, a ich trwałość pozostawia sporo do życzenia. Spośród szeregu potencjalnych następców technologii flash wyróżnia się pamięć F-RAM, cechująca się szczególną wytrzymałością. Wykorzystuje ona do zapisywania danych materiały o właściwościach ferroelektrycznych, takie jak tytanek baru. Na razie pamięć F-RAM jest na szeroką skalę stosowana w układach RFID, gdzie dużą rolę odgrywa jej małe zapotrzebowanie na energię.

Poza tym komórki pamięci tego typu są odporne nawet na silne promieniowanie gamma. Z tego względu sprawdzają się jako markery do identyfikacji sprzętu medycznego, który jest regularnie sterylizowany poprzez wystawienie na takie promieniowanie. Mogą one przetrwać również napromieniowywanie żywności. W obu opisanych sytuacjach zwykła pamięć flash zostałaby zniszczona.

KARTA SD JEDNOKROTNEGO ZAPISU

Jeśli nie chcemy przechowywać danych na płytach, najlepiej sięgnąć po pamięć flash. Problem stanowi jedynie to, że wielokrotne nadpisywanie danych zmniejsza jej trwałość. Karty SD Write Once firmy Toshiba mają wbudowany mechanizm ochrony przed zapisem uniemożliwiający nadpisywanie raz umieszczonych na nich danych. Dzięki temu zarchiwizowane dane są chronione zarówno przed przypadkowym usunięciem, jak i na przykład przed atakiem wirusa. W porównaniu z dyskami Memory Vault kartom Write Once brakuje w zasadzie tylko zabezpieczenia przed korozją. Choć karty Write Once powstały z myślą o specjalnych zastosowaniach, na przykład w sądownictwie do zabezpieczania dowodów, można wykorzystywać je również do archiwizacji prywatnych danych.