Оптичні дискові носії для довготермінового зберігання даних
Проведено аналіз вимог до носіїв, призначених для довготермінового зберігання даних для використання в електронних архівах й інформаційних системах. Показано можливість створення оптичних носіїв із мікрорельєфним представленням даних для довготермінового зберігання інформації. Представлено результат...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Реєстрація, зберігання і обробка даних |
|---|---|
| Дата: | 2007 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
2007
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50896 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Оптичні дискові носії для довготермінового зберігання даних / І.В. Горбов, В.О. Беляковський // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2007. — Т. 9, № 3. — С. 73-87. — Бібліогр.: 24 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860152486487130112 |
|---|---|
| author | Горбов, І.В. Беляковський, В.О. |
| author_facet | Горбов, І.В. Беляковський, В.О. |
| citation_txt | Оптичні дискові носії для довготермінового зберігання даних / І.В. Горбов, В.О. Беляковський // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2007. — Т. 9, № 3. — С. 73-87. — Бібліогр.: 24 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Реєстрація, зберігання і обробка даних |
| description | Проведено аналіз вимог до носіїв, призначених для довготермінового зберігання даних для використання в електронних архівах й інформаційних системах. Показано можливість створення оптичних носіїв із мікрорельєфним представленням даних для довготермінового зберігання інформації. Представлено результат експериментальних досліджень процесів виготовлення оптичних носіїв із підкладками з високостабільних матеріалів, дані на яких подані у форматі стандартних CD- та DVD-носіїв.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:52:26Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 3 73
УДК 004.085
І. В. Горбов, В. О. Беляковський
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
вул. М. Шпака, 2 03113 Київ, Україна
тел. (044) 456-83-89, e-mail: ipri@ipri.kiev.ua
Оптичні дискові носії
для довготермінового зберігання даних
Проведено аналіз вимог до носіїв, призначених для довготермінового
зберігання даних для використання в електронних архівах й інформа-
ційних системах. Показано можливість створення оптичних носіїв із
мікрорельєфним представленням даних для довготермінового збері-
гання інформації. Представлено результат експериментальних дослі-
джень процесів виготовлення оптичних носіїв із підкладками з високо-
стабільних матеріалів, дані на яких подані у форматі стандартних
CD- та DVD-носіїв.
Ключові слова: оптичний диск, компакт-диск, довготермінове збері-
гання, кварц, сапфір, мікрорельєф.
Вступ
Обсяг інформації, представленої в цифровому вигляді, стрімко зростає. Зада-
ча зберігання інформації на всіх етапах розвитку суспільства є однією із пріорите-
тних, при вирішенні якої необхідно забезпечити для майбутніх поколінь як схо-
ронність знань, накопичених попередніми поколіннями, так і нової інформації [1].
Обсяги інформації, представленої в цифровій формі, збільшуються не тільки за
рахунок нової інформації, яка в більшості випадків уже має й електронну форму
подання, але й за рахунок переведення в цифрову форму раніше створених інфо-
рмаційних ресурсів, у першу чергу, тих, які становлять наукове, історичне та ку-
льтурне надбання людства. Представлення інформації в цифровому вигляді до-
зволило вирішити ряд проблем зберігання інформації, створити зовсім нові мож-
ливості для доступу до інформації та її обробки. Швидке впровадження цифрових
технологій обробки інформації, розвиток електронних бібліотек обумовили необ-
хідність проведення спеціальних досліджень по створенню технологій довготер-
мінового зберігання інформації, представленої в цифровому вигляді. Необхідність
цих досліджень пов’язана з тим що:
— до цифрової форми переведено значні об’єми інформаційних ресурсів, які
із часом не втрачають своєї наукової, історичної або культурної значимості та
цінності;
© І. В. Горбов, В. О. Беляковський
І. В. Горбов, В. О. Беляковський
74
— оцифровування видань минулих років створило умови для того, щоб вони
стали відомі широкому колу дослідників [2];
— постійно зростає попит на «онлайнове» одержання інформації;
— при створенні електронних бібліотек витрачені величезні кошти на оциф-
ровування документів, створення баз даних, організацію доступу до електронних
ресурсів;
Переведення документів у цифрову форму дозволило вирішити ряд проблем
тривалого зберігання, а саме: забезпечити можливість контролювання документів
без утрати якості, усунення дефектів на носіях з аналоговою формою представ-
лення (подряпини на відеоматеріалах, шуми на аудіозаписах тощо), мультимедій-
ного представлення інформації.
Зберігання електронних документів має особливості, які необхідно врахову-
вати при створенні електронних бібліотек і архівів, а саме:
— електронні документи (ЕД), їхні формати та структура обумовлюються
програмно-апаратними засобами відтворення інформації;
— ЕД зберігаються на носіях, які мають обмежений термін зберігання інфор-
мації;
— незалежно від архівних працівників може здійснюватися фрагментація до-
кументів.
Створення величезних архівів інформаційних матеріалів у цифровій формі
призвело до появи ряду проблем, що вимагають вирішення найближчим часом:
створення надійних носіїв для довготермінового зберігання цифрової інформації,
розробка й впровадження спеціальних форматів для запису інформації, яка підля-
гає довготривалому зберіганню, розробка спеціальних пристроїв зчитування ін-
формації. Незважаючи на важливість і складність задач щодо вирішення пробле-
ми швидкого морального старіння програмного забезпечення, а також технічного
та морального старіння систем зчитування інформації, найважливішою пробле-
мою є створення носіїв для довготермінового зберігання цифрової інформації.
За даними американських дослідників за останні п’ять років кожен рік спо-
стерігається збільшення нової інформації на 30 %. На кожного мешканця Землі
припадає 800 Мбайт нової інформації.
Прогнозується, що в 2012 р. загальний обсяг інформації перевищить
2,000,000 Тб (рис. 1), причому більшу частину інформації (65 %) буде складати
саме архівна інформація, яка буде збільшуватись як за рахунок нових надходжень,
так і за рахунок переведення існуючих архівів до цифрового вигляду.
Проблема архівного зберігання є як технічним аспектом, так і організацій-
ним. Технічний аспект полягає в досить короткому життєвому циклі програмно-
технічних засобів створення ЕД і носіїв інформації для їхнього зберігання (мора-
льне та фізичне старіння). Організаційний аспект пов’язаний із тим, що не завжди
архівісти мають вплив на вирішення питань законодавчого та фінансового забез-
печення організації створення та функціонування ЕД [3].
Створення умов для довготермінового та надійного зберігання інформації в
цифровому вигляді вирішується не тільки за рахунок використання спеціальних
носіїв інформації, а й за рахунок використання необхідних форматів представлен-
ня інформації та програмного забезпечення. Зокрема, значна увага приділяється
створенню універсального формату зберігання даних (UPF). UPF розглядається як
Оптичні дискові носії для довготермінового зберігання даних
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 3 75
файловий механізм даних, який використовує контейнерну або згорнуту структу-
ру. Він базується на метаданих, які визначають його зміст за допомогою регістру
стандартних типів даних і є джерелом коду для розмітки або переводу двійкових
наборів у доступні або корисні форми. Передбачається, що UPF буде створений
таким чином, що не буде залежати від комп’ютерних доповнень та операційних
систем, що використовувались при створенні контексту, а також від властивостей
носія, на який записано контекст.
Рис. 1. Прогнозована кількість інформації, накопиченої людством
Істотною для носіїв архівного збереження є також форма представлення ін-
формації. Вона повинна дозволяти відтворювати інформацію різними фізичними
методами. Прикладом удалого вибору форми фізичного представлення може слу-
жити використання мікрорельєфного представлення інформації на воскових цилі-
ндрах, грамплатівках, компакт-дисках. Записи на воскових циліндрах, шелакових
грамплатівках виконані з рельєфним представленням інформації на досить недос-
коналому устаткуванні при використанні сучасних технологій можуть бути відт-
ворені із кращою якістю [4]. На даний час створюються методи рельєфного запи-
су із щільністю запису порядку десятків Гбайт/см2.
Аналіз вимог до носіїв довготермінового зберігання даних
Вибір носія для довготермінового зберігання даних здійснюється з урахуван-
ням наступних його характеристик [5]:
— довговічність (залежить від технологічного рівня виробника, часу й умов
зберігання); для визначення довговічності носія використовують методи приско-
реного старіння;
— надійність (здатність носія витримувати механічні навантаження, підви-
щену температуру та вологість);
— швидкодія доступу (важливий фактор у створенні інформаційного ресурсу,
вирішенні проблеми резервного та страхового копіювання);
— ємність носія (визначається в залежності від призначення та перспектив-
ного використання його ємності);
0
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Рік
За
га
ль
ни
й
об
ся
г
ін
ф
ор
м
ац
ії Архівна
інформація
Мультимедійна
інформація
Печатна
продукція
І. В. Горбов, В. О. Беляковський
76
— універсальність (визначається можливістю зберігати ЕД різних форматів,
наприклад, floppy disk є непридатним для зберігання відеофайлів, CD або DVD
можуть зберігати текстові, графічні, аудіо-, відеофайли);
— мобільність (зручність перенесення інформації в просторі);
— компактність (співвідношення розмірів і об’єму інформації);
— ціна (визначається призначенням: створення ЕД, приймання та розповсю-
дження ЕД, зберігання ЕД).
До того ж, висувається ряд вимог і до обладнання, на якому будуть виконува-
тися процеси відтворення інформації [6]:
— обладнання повинно бути доступним протягом необхідного терміну, тобто
його слід виготовляти у великій кількості, бажано, різними незалежними компані-
ями;
— обладнання повинно мати інтерфейс, стандартизований для майбутніх
комп’ютерних засобів;
— програмні драйвери такого обладнання повинні бути доступними для різ-
них комп’ютерних платформ та операційних систем.
Аналіз технологій створення носіїв
для довготермінового зберігання даних
Для довготермінового зберігання даних пропонуються багато підходів і тех-
нічних рішень. Один із них полягає в тому, що інформацію пропонується зберіга-
ти в аналоговому вигляді (мікротексти та малюнки) на поверхні високостабільних
матеріалів. Перевага такого методу полягає в тому, що прочитати текст людина
може без використання спеціальних пристроїв відтворення даних (необхідний
тільки оптичний мікроскоп). Розробляються спеціальні носії для запису тексту й
графічних зображень, в яких реєстрація даних здійснюється на шарах металів. Зо-
крема, запропонований носій, який складається із кремнієвої підкладки, на яку
нанесено шар нікелю товщиною 400 мкм. Електрохімічним травленням на носій
нанесено текстову інформацію. Пікселі, з яких утворені зображення, мають розмі-
ри 100´100 нм. Це забезпечує розміщення на диску діаметром 5,6 см 30 тисяч
сторінок друкованої інформації. Для забезпечення захисту від механічних пошко-
джень носій закрито удароміцним оптичним склом і розміщено в металевому кон-
тейнері.
Відтворення інформації здійснюється візуальним зчитуванням із використан-
ням оптичного мікроскопу. Підвищення надійності зберігання даних на диску для
довготермінового зберігання досягається тим, що текст записується різними мо-
вами. Для того щоб дослідники змогли розібратися в синтаксисі й законах побу-
дови різних мов, між стрічками кожного із фрагментів розміщують елементи, які
дають логічні підказки із принципів побудови мови. На такий диск учені записали
декілька глав із Біблії — найбільш поширеної книги на планеті, фрагменти, прис-
вячені розвитку Землі, історії людства [7].
Значна увага приділяється також створенню носіїв для довготермінового збе-
рігання даних з електронним зчитуванням (без механічних систем позиціювання).
Розробки таких систем пам’яті базуються на останніх досягненнях мікроелектро-
ніки й нанофізики.
Оптичні дискові носії для довготермінового зберігання даних
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 3 77
Для створення систем довготермінового зберігання даних пропонується ви-
користовувати локальне окислення й модифікацію поверхні металевих шарів на
базі сканувальної зондової мікроскопії. Повідомлялося про дослідження за-
пам’ятовуючих середовищ із використанням тонких металевих шарів Al, Zn та
їхніх оксидів товщиною до 10–20 нм. Запис інформації здійснювався шляхом еле-
ктрохімічного окислення дільниці матеріалу запам’ятовуючого елемента під зон-
дом сканувального мікроскопа, при електронному зчитуванні визначалися зна-
чення електричної ємності або електричного опору запам’ятовуючих елементів,
які розміщені на перетинах числових і розрядних шин матричного накопичувача.
Аналіз структур запам’ятовуючих елементів показав, що оптимальними є струк-
тури із двома елементами (дві розрядних шини на розряд або дві числових шини
на число). Електричний опір числових і розрядних шин накопичувача обмежує
швидкодію при зчитуванні при зростанні об’єму пам’яті. Швидкодія при відтво-
ренні даних із накопичувача ємністю 108 біт, в якому використані елементи з роз-
мірами 50 нм, складає 10 нс. Прогнозується можливість створення пристроїв
пам’яті із щільністю запису до 1012 біт/см2
[8].
Для архівного зберігання інформації в цифровій формі сьогодні широко ви-
користовуються магнітні стрічки [9], які залишаються домінуючим типом носіїв
при виконанні операцій резервування, відновлення, а також архівного зберігання
даних. Ємність електронних архівів на магнітних стрічках може становити сотні
терабайт. Накопичений досить великий досвід зберігання аудіо- і відеоінформації
на магнітних носіях. Існують зразки магнітних стрічок з аналоговими аудіозапи-
сами, на яких інформація зберігається більше 50-ти років. За останні десятиліття
здійснено значні вдосконалення систем магнітного запису на стрічкові носії, зок-
рема:
— використання основ із поліетілентерефталату дозволило зменшити товщи-
ну стрічок, збільшити швидкість переміщення носіїв;
— нанесення алмазоподібних захисних покриттів дозволило забезпечити ме-
ханічний захист інформаційного шару;
— вакуумно-напилені магнітні покриття мають мінімальну кількість дефек-
тів, пов’язаних зі сторонніми включеннями, високу стабільність магнітних влас-
тивостей.
Основна увага при розробці нових типів магнітних стрічок приділялася під-
вищенню щільності запису інформації (ємність сучасних магнітних стрічок скла-
дає сотні гігабайт) і швидкості запису інформації (швидкість запису/відтворення
складає десятки мільйонів байт/с). Однак гарантований термін зберігання інфор-
мації на стрічках практично не змінився — 30–40 років [10]. Істотні складності
при використанні магнітних стрічок для архівного зберігання даних створює ве-
лике число форматів записів (сотні), які в більшості випадків є несумісними або
мало сумісними, наявність різних пристроїв запису, що випускаються обмеженим
числом виробників. Така ситуація призводить до необхідності періодично прово-
дити перезапис на нові носії. Якщо враховувати обсяги інформації, збереженої на
магнітних стрічках (тільки аудіозаписів — десятки мільйонів годин), то ця опера-
ція стає дуже складною та дорогою.
Останнім часом пропонується організація зберігання великих інформаційних
масивів на магнітних дисках. Це пов’язане зі значним удосконаленням їхніх хара-
І. В. Горбов, В. О. Беляковський
78
ктеристик, створенням ефективних систем підвищення надійності роботи (RAID-
системи). Технічні засоби запису на магнітні диски інтенсивно розвиваються. Так,
в останні 5 років щорічно виготовляється понад 200 млн. накопичувачів інформа-
ції на жорстких магнітних дисках, інформаційна ємність кожного становить у се-
редньому біля 50 Гбайт. Сумарна ємність магнітних накопичувачів на жорстких
дисках, які щорічно виготовляються, складає приблизно 1019 байт.
У процесі постійного зростання щільності запису інформації та потреб її дов-
готермінового зберігання виникає питання, які фізико-технічні принципи поклас-
ти в основу розробки магніторезистивних сенсорів для зчитування інформації но-
вого покоління. Такі сенсори мають вирішувати наступні задачі: забезпечувати
високий рівень відношення сигнал/шум у процесі відтворення інформації, сприя-
ти зростанню щільності запису на магнітних середовищах, значно збільшити тер-
мін служби зчитувальної голівки й надійність її функціонування. Безперечно, го-
лівки, створені на основі гігантського магнітного опору з використанням магніт-
ного тунельного переходу, є найбільш перспективними на даний час. Вони дозво-
ляють підвищити щільність запису інформації на магнітному носії, мають краще
відношення сигнал/шум у порівнянні зі спін-вентильними аналогами. Але в той
же час вони технологічно більш складні в приготуванні та мають менший термін
служби, крім того, у них існують додаткові джерела шумів завдяки ефекту туне-
лювання [11].
Але, незважаючи на ємність, швидкість запису/відтворення інформації, резе-
рвування записаної інформації, магнітні дискові системи не можуть використову-
ватися для довготермінового зберігання інформації. У багаторівневих системах
зберігання даних жорсткі магнітні диски згідно з ієрархічною структурою при-
строїв зберігання інформації використовуються для зберігання часто запитуваних
даних, доступ до яких здійснюється з максимально високою швидкістю.
Аналіз технічних можливостей використання оптичних
носіїв для довготермінового зберігання даних
Серед розроблених до сьогоднішнього часу технологій найбільш повно задо-
вольняють вимогам по створенню носіїв для довготермінового зберігання оптичні
методи запису та зберігання інформації.
Оптичні носії мають ряд особливостей, що дозволяють розглядати їх як перс-
пективні носії для довготермінового зберігання інформації, а саме:
— безконтактне зчитування інформації, що забезпечує доступ до змісту до-
кумента без порушення оригіналу й можливість довготермінового зберігання ін-
формації;
— використання фізичних методів захисту записаної інформації від механіч-
них ушкоджень;
— реалізація зворотної сумісності на нових типах пристроїв відтворення ін-
формації;
— висока щільність запису, можливість збільшення щільності та швидкості
запису інформації;
— використання режиму однократного запису й багаторазового зчитування,
при якому зроблений на такому диску запис не може бути стертий чи замінений
Оптичні дискові носії для довготермінового зберігання даних
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 3 79
на новий (архівні документи не підлягають будь-якому відновленню чи коректу-
ванню);
— використання надійного рельєфного представлення інформації;
— можливість застосування високо стабільних матеріалів для виготовлення
оптичних дисків;
— використання універсальних захисних контейнерів для всіх типів оптич-
них дисків.
Найдовший термін зберігання серед оптичних дисків мають оптичні диски на
скляних підкладках з одношаровим покриттям типу WORM [12]. Спеціально для
професійного архівного зберігання інформації фірмою Plasmon розроблено опти-
чний диск UDO (Ultra Density Optical — надщільний оптичний). Ємність двосто-
ронніх 5,25-дюймових дисків UDO-1 та UDO-2 складає відповідно 30 та 60 Гб.
Для запису інформації використовується блакитний лазер із довжиною хвилі 405
нм. Технологія виготовлення UDO-носіїв передбачає як створення дисків з однок-
ратним записом (абляційний запис на плівках телуру), так і дисків, інформація на
яких може бути перезаписана (фазовий стан реєструвального середовища може
змінюватись під впливом температури). Термін зберігання записаної інформації
на них може становити, на думку розроблювачів, 100 років, тоді як термін збері-
гання інформації на стандартних компакт-дисках становить не більше 20–30 ро-
ків. Цей термін зберігання визначається особливостями технології виготовлення
носіїв, призначених для масового використання. Термін зберігання інформації на
стандартних компакт-дисках обмежений через наступні причини:
— нестабільність властивостей і недостатня механічна міцність підкладок із
полікарбонату;
— використання оптичних інтерференційних структур, виконаних із різнорі-
дних матеріалів (у деяких типах компакт-дисків (CD-R) має місце мала адгезія
між шарами), що призводить до зміни оптичних властивостей при коливаннях
значень температури й вологості;
— сильна залежність властивостей носіїв від умов виготовлення компакт-
дисків і режимів запису інформації на них.
Досвід використання компакт-дисків CD-R (DVD-R), CD-RW (DVD-RW) в
електронних архівах та бібліотеках дозволив розробити рекомендації, за якими
інформація, що зберігається на таких компакт-дисках, повинна перезаписуватися
кожні 2–3 роки [13].
Реалізація зворотної сумісності, закладена в технологію виробництва CD, до-
зволяє на сучасних плеєрах компакт-дисків відтворювати дані з компакт-дисків,
виготовлених 10–15 років тому. Це особливо важливо тому, що у світі виготовле-
но вже понад 150 млрд. компакт-дисків різних типів. Використання єдиних фор-
мату запису даних і вигляду представлення даних на носії дозволяє вдосконалю-
вати характеристики плеєрів компакт-дисків і самих компакт-дисків, зберігаючи
можливість використання раніш виготовлених носіїв.
Істотно підвищити надійність зберігання інформації порівняно зі стандарт-
ними компакт-дисками (CD, DVD) і носіями типу WORM (оптичні носії з локаль-
ним видаленням матеріалу поглинального шару на ділянках запису сфокусованим
лазерним випромінюванням) уявляється можливим за рахунок виготовлення носі-
їв із більш стабільними в часі характеристиками, здатними витримувати коливан-
І. В. Горбов, В. О. Беляковський
80
ня температур і вологості в істотно більш широкому діапазоні, ніж носії з поліка-
рбонатними підкладками. Крім того, уявляється доцільним виконувати носії ін-
формації з однорідних матеріалів [14].
Ці носії виготовляються з використанням технологій, що застосовуються у
виробництві компакт-дисків. У них використовуються формати представлення
даних на стандартних компакт-дисках, вони мають геометричні розміри стандар-
тних компакт-дисків і відтворюються на плеєрах стандартних компакт-дисків. Ці
носії можуть розглядатися як розширення «сімейства» компакт-дисків зі специфі-
чною областю застосування. У металевих носіях інформації використовується мі-
крорельєфне представлення інформації на нікелевих підкладках товщиною 0,1–
0,3 мм, що герметизовані захисними прозорими шарами або з полімерних матері-
алів, або із силікатного скла. При необхідності може вироблятися заміна захисних
шарів (реставрація носія). Термін зберігання інформації на металевих носіях може
складати сотні років. Так, мідно-нікелеві штампи для тиражування грамплатівок,
виготовлені 60–70 років тому, прекрасно збереглися й аудіоінформація з них відт-
ворюється з високою якістю звучання. Проведений аналіз хімічного складу пове-
рхневого нікелевого шару показав, що проникнення кисню в штамп незначне й
окисли локалізовані в основному на домішках. Суцільна окисна плівка на поверх-
ні нікелю відсутня. Сучасні методи гальванопластики дозволяють одержувати ні-
келеві носії з кількістю домішок не більш (0,005–0,01) %, що менше ніж на поря-
док кількості домішок у металах для тиражування грамплатівок. Це створює до-
даткові можливості для забезпечення довготермінового зберігання металевих но-
сіїв. Окисні шари на поверхні нікелевих носіїв, які призводять до зміни геометри-
чних розмірів пітів, можуть утворюватися за 250–300 років. Головна задача при
використанні металевих носіїв полягає в захисті поверхні носіїв від забруднень.
Великі можливості може мати технологія виготовлення компакт-дисків зі скляни-
ми підкладками, які, за прогнозами матимуть термін зберігання інформації сотні
років [24].
На носіях із представленням даних у вигляді рельєфної мікроструктури тер-
мін зберігання даних визначається з умов збереження незмінної форми пітів на
поверхні підкладки носія інформації. Підвищення температури носія вище темпе-
ратури плавлення (розм’якшення) матеріалу підкладки призводить до руйнування
записаної інформації. Для отримання граничних значень терміну зберігання даних
можна вважати, що енергія активації Eg процесу зберігання форми пітів може бу-
ти оцінена як kТпл (де Тпл — температура плавлення матеріалу підкладки). Час
зберігання даних на носії з мікрорельєфним представленням даних може бути ви-
значений із використанням рівняння Ейрінга (Eyring) [15]:
( )RB
kT
E
At g ×÷÷
ø
ö
çç
è
æ
= expexp ,
де t — час зберігання даних; T — температура в градусах Кельвіна; R — відносна
вологість; Eg — енергія активації; k — константа Больцмана; A, B — константи.
Співвідношення граничних термінів зберігання даних t на носіях із різними
температурами плавлення Тпл. матеріалу підкладки має вигляд:
Оптичні дискові носії для довготермінового зберігання даних
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 3 81
1 2
1
2
,
пл плT T
Tt e
t
-
=
де індекс «1» відноситься до носія першого типу, а індекс «2» — до носія другого
типу.
Співвідношення граничних значень термінів зберігання даних на носіях із рі-
зними матеріалами підкладок наведено в таблиці.
Співвідношення строків зберігання даних на носіях із різними підкладками
Матеріал
підкладки
Температура
плавлення, К
Відносний термін зберігання даних на носіях
з мікрорельєфним записом
до воскових циліндрів до компакт-дисків
Едісона з полікарбонату
Віск 323 1 -
Полікарбонат 543 e0,75=2,11 1
Кварц 1470 e3,91=50,13 e3,16=23,66
Сапфір 2045 e5,88=356,78 e5,12=168,39
При використанні в носіях із мікрорельєфним представленням даних підкла-
док із високотемпературних неорганічних матеріалів може бути забезпечено гра-
ничний термін зберігання даних декілька тисяч років. Властивості підкладок у та-
ких носіях уже не впливають на термін зберігання даних, який уже буде визнача-
тися іншими показниками, а саме властивостями відбивальних шарів, механічною
міцністю носіїв.
Такий підхід до вирішення проблеми суттєвого підвищення термінів гаранто-
ваного зберігання даних на компакт-дисках починає знаходити прибічників. Ос-
таннім часом (жовтень 2006 р.) з’явились повідомлення [16], що японські спеціа-
лісти (з фірми Suenari Fukui) продемонстрували скляний компакт-диск, який здат-
ний зберігати інформацію більш тривалий час. До переваг скляного компакт-
диска відносять також меншу чутливість до впливу вологи, опромінювання та де-
формацій. Крім того, скляні підкладки мають більшу прозорість.
Матеріал підкладок оптичних носіїв, призначених для довготермінового збе-
рігання даних, повинен мати значну механічну міцність і мінімальну шорсткість
після полірування, високе значення модуля Юнга, площинність, термостабіль-
ність [17].
Технологія виготовлення оптичних носіїв
для довготермінового зберігання даних
Найбільший термін гарантованого зберігання даних мають оптичні носії типу
WORM, в яких використано скляні підкладки. Запис інформації здійснюється або
шляхом локального фототермічного руйнування поглинального шару (абляційний
запис), або фазових переходів у плівках багатокомпонентних напівпровідників.
Останні дослідження зразків оптичних дисків типу WORM, які зберігались десят-
ки років, показали, що відбувається поступова зміна геометричних розмірів пітів.
І. В. Горбов, В. О. Беляковський
82
Це пов’язане з тим, що на границях пітів, які утворилися під дією сфокусованого
лазерного випромінювання, існують значні механічні напруження. Релаксації ме-
ханічних напружень призводять до небажаних збільшень геометричних розмірів
пітів. Це явище особливо сильно проявляється на носіях, у яких використовують-
ся тонкі плівки склоподібних сплавів телуру. Проведені дослідження зразків оп-
тичних дисків типу WORM із реєструвальним середовищем Te14Sb10Ge15Se61 по-
казали, що записи, зроблені понад 25 років тому, збереглися, але спостерігається
зміна форми пітів (зменшується відстань між пітами) (рис. 3) [18].
Рис. 3. Зона запису даних на носії WORM після 25-ти років зберігання
Одна з головних проблем використання таких носіїв для довготермінового
зберігання даних полягає в складнощах герметизації реєструвального середовища.
Нанесення герметизуючих шарів призводить до суттєвого збільшення енергії за-
пису інформаційних одиниць і рівня шумів від забруднення пилом. Для зменшен-
ня впливу парів води використовується конструкція носія із двома підкладками, у
просторі між якими розміщуються реєструвальні середовища [19].
Більший термін зберігання даних можуть забезпечувати носії типу WORM зі
скляними підкладками, в яких реєструвальним середовищем слугує шар багато-
компонентного халькогенідного напівпровідника, в якому під термічним впливом
сфокусованого лазерного випромінювання здійснюється незворотній фазовий пе-
рехід. Перевага таких носіїв полягає в тому, що реєструвальний шар носія може
досить технологічно герметизуватися захисними шарами, які мають товщину
більш ніж товщина реєструвального шару, крім того, можуть використовуватися
матеріали захисного шару, температура фазового переходу яких більша за темпе-
ратуру плавлення матеріалу, який деформується під дією сфокусованого лазерно-
го випромінювання. Але головна перевага носія з фазовими переходами в тому,
що зберігається механічна цілісність світлочутливого шару. Температура фазово-
го переходу у світлочутливому шарі не перевищує 300–350 оС (енергія активації
для високотемпературних халькогенідних стекол складає 160–200 кДж/моль) [21].
Суттєво підвищити термін зберігання даних на оптичних носіях можливо при
використанні однорідних за структурою носіїв інформації. У такому носії інфор-
Оптичні дискові носії для довготермінового зберігання даних
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 3 83
мація записана у вигляді неоднорідностей на поверхні підкладки. Стандартні
компакт-диски є носіями такого типу (інформація представлена у вигляді мікроза-
глиблень різної довжини). Для збереження записаної інформації тривалий час не-
обхідно використовувати підкладки, виготовлені з високотемпературних матеріа-
лів (температура плавлення яких на порядок перевищує граничні температури
зберігання носіїв). Це дозволяє зберігати незмінною форму пітів тривалий час
(понад сто років). Крім того, матеріал підкладки повинен мати високу хімічну
стабільність для уникнення зміни геометричних розмірів пітів у процесі взаємодії
матеріалу підкладки з газами атмосфери (в першу чергу з киснем). Окиснення по-
верхні металевих носіїв із мікрорельєфним представленням даних є одним із го-
ловних факторів, які обмежують термін зберігання інформації [18].
Для виготовлення підкладок для оптичних носіїв, призначених для довготер-
мінового зберігання даних, можуть бути використані силікатні (боросилікатні)
стекла, ситали, кварцове скло й навіть прозорі високотемпературні монокристалі-
чні матеріали, наприклад, лейкосапфір [20]. При цьому треба враховувати, що гу-
стина лейкосапфіру значно більша ніж полікарбонату (4 г/мм3 проти 1,2 г/мм3).
Маса звичайного компакт-диска з полікарбонату складає близько 16 г. Таким чи-
ном, для того щоб такі диски могли відтворюватися на стандартних програвачах,
необхідно щоб їхня маса суттєво не відрізнялась від маси звичайного компакт-
диску. На рис. 4 зображені залежності маси дисків, зроблених із лейкосапфіру,
кварцового скла та ситалу, від діаметра.
а) б)
Рис. 4. Залежності маси дисків товщиною 1,2 мм (а) та 0,6 мм (б), зроблених із лейкосапфіру (m1),
кварцового скла (m2) та ситалу або скла (m3) від діаметра (m — маса стандартного компакт-диска)
Товщина підкладки стандартного диска DVD складає саме 0,6 мм, тобто маса
диска, виготовленого із ситалу або скла відповідно до формату DVD, не буде сут-
тєво відрізнятись від звичайного компакт-диска. А диски, виготовленні з лейкоса-
пфіру, повинні мати менші розміри. На рис. 5 зображена залежність ємності диска
DVD від діаметра.
Процес виготовлення оптичних носіїв для довготермінового зберігання даних
складається з низки технологічних операцій (рис. 6), які використовуються при
виготовленні дисків-оригіналів фоторезистивним методом. Інформація записуєть-
І. В. Горбов, В. О. Беляковський
84
ся сфокусованим лазерним променем на шарі позитивного фоторезисту, на якому
після селективного хімічного травлення утворюється рельєфне мікрозображення.
Для отримання мікрорельєфу на поверхні диска здійснюється хімічне або іонне
травлення матеріалу підкладки крізь вікна у фоторезисті.
4 6 8 10 12
0
1
2
3
4
5
діаметр, см
Є
мн
іс
ть
D
V
D
, Г
б
g d( )
d
Рис. 5. Залежність ємності оптичного диска у форматі DVD від діаметра
Рис. 6. Схема процесу виготовлення оптичного носія для довготермінового зберігання даних:
1 — шар позитивного фоторезисту; 2 — високостабільна прозора підкладка; 3 — сфокусований
лазерний промінь; 4 — вікно; 5 — іонний пучок; 6 — шар алюмінію
Для отримання пітів глибиною 100–120 нм у силікатних скляних підкладках
хімічним травленням кислотними (на базі плавикової кислоти) травниками тов-
щина шару фоторезисту Shiplеу 1813 (який найчастіше використовується в проце-
сі виготовлення компакт-дисків) має становити приблизно 200 нм. Проведені екс-
периментальні дослідження процесу селективного хімічного травлення скляних
підкладок (склад скла: Si — 26 %, Ca — 5 %, Na — 7 %, O — 63 %) показали мо-
Оптичні дискові носії для довготермінового зберігання даних
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 3 85
жливість отримання мікрорельєфних зображень із необхідними геометричними
розмірами інформаційної мікроструктури (глибина 120 нм, ширина заглиблень
0,5–0,6 мкм та довжина 0,8–3,5 мкм). Головна проблема при хімічному травлені
скляних підкладок полягає в забезпечені однорідності травлення поверхні підкла-
дки носія інформації та отриманні високої чистоти поверхні носія. Крім того,
процес хімічного травлення є ізотропним, і це призводить до збільшення ширини
пітів, яке може становити величину близьку до глибини пітів. Таке збільшення є
припустимим при виготовленні носіїв, запис інформації на які зроблено у форматі
звичайних компакт-дисків (CD, CD-ROM), але метод хімічного травлення не мо-
же використовуватися при виготовленні носіїв у форматах DVD, HD DVD, BD.
Забезпечити формування мікрорельєфної структури на поверхні прозорих ви-
сокостабільних підкладок може травлення з використанням низькотемпературної
газорозрядної плазми, а саме іонно-променеве та реактивне іонно-променеве тра-
влення. При іонно-променевому травленні поверхневі шари видаляються тільки в
результаті фізичного розпилення. У випадку реактивного іонно-променевого тра-
влення поверхневі шари видаляються в результаті як фізичного розпилення енер-
гетичними іонами, так і хімічних реакцій між хімічно активними частинками та
атомами матеріалів.
На поверхні скляного диска діаметром 12 см методом реактивного іонно-
променевого травлення нами було отримано мікрорельєф, який відповідає станда-
рту компакт-диска (рис. 7). Після металізації поверхні алюмінієм отриманий диск
повністю відтворився на стандартному пристрої для зчитування компакт-дисків.
Рис. 7. Зона запису на скляному компакт-диску
При використанні в якості підкладок багатокомпонентних матеріалів, таких
як силікатні стекла та ситали, необхідно враховувати, що різні компоненти будуть
мати різні швидкості травлення. Щоб цього уникнути нами було запропоновано
створювати мікрорельєфну структуру в додатковому прозорому шарі, який нано-
сять на поверхню підкладки [22].
Авторами проводились дослідження з виготовлення додаткового прозорого
шару з оксидів кремнію, гафнію, цирконію, які мають високу адгезію до силікат-
ного скла, високі часову стабільність характеристик і швидкості іонного травлен-
І. В. Горбов, В. О. Беляковський
86
ня. Товщина шару прозорого діелектричного шару повинна в 2–5 разів перевищу-
вати глибину пітів. Нанесення додаткових шарів для отримання високої чистоти
може здійснюватися електропроменевим випаровуванням.
Висновки
1. У світі спостерігається швидке зростання документів, представлених у ци-
фровому вигляді, значна частина яких підлягає тривалому або постійному збері-
ганню. Відсутність носіїв, спроможних забезпечувати гарантований тривалий (де-
сятки й навіть сотні років) термін зберігання даних, що представлені в цифровій
формі, не дозволяє чітко визначити необхідні терміни зберігання електронних до-
кументів.
2. Використання оптичних носіїв дозволяє вирішувати основні проблеми по
забезпеченню довготермінового зберігання цифрової інформації за рахунок ком-
плексу їхніх властивостей (безконтактності процесу реєстрації даних, мікрорель-
єфного представлення даних, зворотної сумісності між оптичними носіями різних
поколінь, використання режиму реєстрації WORM).
3. Оптичні носії для довготермінового зберігання даних можуть бути створе-
ні на базі використання прозорих підкладок, на яких методами селективного трав-
лення утворюються мікрорельєфні структури, що представляють інформацію, за-
писану на носії. У такому випадку терміни зберігання інформації на оптичних но-
сіях можуть бути істотно збільшені (до 200–300 років). Використання прозорих
підкладок із монокристалічних матеріалів дозволяє отримати термін зберігання
даних понад 1000 років.
1. Бродолин Л.И., Воргачев В.Н. Проблемы сохранности научной и технической информации
// Тр. Междунар. конф. «Информационное общество и информационные ресурсы и технологии
телекоммуникаций» НТИ–2000. — М., 2000, 22-24 ноября. — С. 61–62.
2. Смит Б. Исследовательская деятельность Европейского Союза в области культурного на-
следия // Труды конф. «Информация для всех: культура и технологии информационного общест-
ва». — М., 2003, 1-5 декабря. — С. П1-3-1–П1-3-18.
3. Day M. Integrated Metadata Schema Registries // URL: http:// www.ukoln.ac.uk/metadata/ htm.
4. Petrov V.V., Onyshchenko O.S., Kryuchin A.A., Shanoylo S.M., Ryabokon I.P. Optomechanical
Мethod of Edison Сylinders Sound Reproduction // Proc. of the 102 nd AES Convention 1997, March
22-25. — Munich (Germany). — Preprint 4491 (M4).
5. Марченко П. Проект концепції архівного зберігання електронних документів // Студії з
архівної справи та документознавства. — 2005. — Т. 13. URL:
http://www.archives.gov.ua/Publicat/Studii/Studii_2005.13.03-06.php#3-2
6. Горбов И.В. Архивное хранение цифровой информации на оптических носителях // Вісник
Донецького університету. — Серія А. Природничі науки. — 2005. — № 2. — С. 419–426.
7. http://www.rosettaproject.org/about-us/disk/concept
8. Мартынюк Я.В., Верба А.А., Скороход И.А. Наноразмерные системы записи и считывания
информации тонкослойных структур металлов (Al, Zr) и их соединений // Материалы VII Между-
Оптичні дискові носії для довготермінового зберігання даних
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 3 87
нар. российско-украинского семинара «Нанофизика и наноэлектроника». — С.-Пб. — 2006, 1-4
октября. — С. 57.
9. Устинов В.А. Обеспечение физической сохранности архивных документов // Техника ки-
но и телевидения. — 2000. — № 6. — С. 44–48.
10. Digital Preservation Management: Implementing Short-Term Strategies for Long-Term Prob-
lems // http://www.library.cornell.edu/iris/tutorial/dpm.
11. Baibich M.N., Broto J.B., Fert A., Nguyen Van Dau F., Petroff F., Etienne P., Creuzet G.,
Frederich A. and Chazelas J. Basic Considerations on the Growth of Metallic Layers by Molecular Beam
Epitaxy: Application to Cr/Fe, Ag/Fe and Cu/Co Multilayers // Phys. Rev. Lett. — 1988. — 61. — 2472.
12. Phase Change Recording in 12-inch. True WORM Technology // www.plasmon.com.
13. Good Practices Handbook // http://www.minervaeurope.org/publications/goodpractices1_3.htm
14. HD-Rosetta archival preservation services // http://www.norsam.com
15. Okino Y., Irie M., Kubo T., Okuda M. Estimating a Life Expectancy of High-Density Recordable
optical Discs // Proc. SPTE. — 2005. — Vol. 5966. — Р. 5966 17-1–5966 17-4
16. Стекляннный CD намного лучше пластикового // www.pcnews.ru (23.10.2006)/
17. Патентний опис 2006/0040142А1 США. МПК G11D 5/706. Crystallized Glass for
Information Recording Medium, Crystallized Glass Substrate, and Information Recording Medium Using
the Crystallized Glass Substrate / Zou X., Azegami K. (Японія). Hoya corporation; Заявл. 07.04.2005.
18. Металеві носії для довготермінового зберігання інформації / Петров В.В., Крючин А.А.,
Шанойло С.М. та ін. — К.: Наук. думка, 2005. — 132 с.
19. Оптические диски. История, состояние, перспективы развития / Петров В.В., Крючин
А.А., Шанойло С.М. и др. — К.: Наук. думка, 2004. — 174 с.
20. Пат. 73611 Україна МПК G 11 7/00. Носій для довготермінового зберігання інформації /
В.В. Петров, С.П. Семиноженко, В.М. Пузиков, О.Я. Данько, А.А. Крючин, С.М. Шанойло, Л.В.
Бутенко, І.О. Косско (Україна); Заявл. 25.04.2003; Опубл. 15.08.2005.; Бюл. № 8, 2005. — 2 с.
21. Overview of WORM Technology Storing Fixedcontent Noncrasable Data // www.datalink.com
22. Заявка 20060154 на патент України від 14.02.06. Спосіб виготовлення оптичного носія
для довготермінового зберігання даних / В.В. Петров, І.В. Горбов, А.А. Крючин, В.О. Беляковський.
Заявник ІПРІ НАН України.
23. Berghammer P. Storage Vision Predicts Boom and Highlights Synergies Between Formats. —
http:\\www.oto-online.com.
24. Петров В.В., Крючин А.А., Шанойло С.М. Новейшие технологии долговременного хране-
ния электронных информационных ресурсов [Электронный ресурс] // Б-ки нац. акад. наук: пробл.
функционирования, тенденции развития. — Электрон. дан. (1 файл). — К., 2005. — Вып. 3. — Ре-
жим доступа // http://www.nbuv.gov.ua/articles/2005/05pvveir.html.
Надійшла до редакції 21.05.2007
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-50896 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1560-9189 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:52:26Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут проблем реєстрації інформації НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Горбов, І.В. Беляковський, В.О. 2013-11-06T11:34:25Z 2013-11-06T11:34:25Z 2007 Оптичні дискові носії для довготермінового зберігання даних / І.В. Горбов, В.О. Беляковський // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2007. — Т. 9, № 3. — С. 73-87. — Бібліогр.: 24 назв. — укр. 1560-9189 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50896 004.085 Проведено аналіз вимог до носіїв, призначених для довготермінового зберігання даних для використання в електронних архівах й інформаційних системах. Показано можливість створення оптичних носіїв із мікрорельєфним представленням даних для довготермінового зберігання інформації. Представлено результат експериментальних досліджень процесів виготовлення оптичних носіїв із підкладками з високостабільних матеріалів, дані на яких подані у форматі стандартних CD- та DVD-носіїв. uk Інститут проблем реєстрації інформації НАН України Реєстрація, зберігання і обробка даних Оптичні дискові носії для довготермінового зберігання даних Article published earlier |
| spellingShingle | Оптичні дискові носії для довготермінового зберігання даних Горбов, І.В. Беляковський, В.О. |
| title | Оптичні дискові носії для довготермінового зберігання даних |
| title_full | Оптичні дискові носії для довготермінового зберігання даних |
| title_fullStr | Оптичні дискові носії для довготермінового зберігання даних |
| title_full_unstemmed | Оптичні дискові носії для довготермінового зберігання даних |
| title_short | Оптичні дискові носії для довготермінового зберігання даних |
| title_sort | оптичні дискові носії для довготермінового зберігання даних |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50896 |
| work_keys_str_mv | AT gorbovív optičnídiskovínosíídlâdovgotermínovogozberígannâdanih AT belâkovsʹkiivo optičnídiskovínosíídlâdovgotermínovogozberígannâdanih |