全像光碟

【digitalhome 第92期 2月號】

　

ISOM (International Symposium on Optical Memory國際光學記憶體論壇)的工程師正式決定第四代光碟片的發展藍圖，儲存容量將高達1000GB，也會採用新的計量單位「1TB」，除此之外，讀取速度也會提升，估計會在1Gbps左右。

　

共生的光碟容量

　

自從有電腦光碟儲存標準以來，已歷經多代發展，第一代的光碟片是CD，第二代是DVD，第三代現在還有分歧，分有HD DVD與Blu-Ray兩大陣營，都由於都採用藍光讀寫頭，於是我們統稱藍光光碟Blu-Ray。至於第四代光碟名稱尚未決定，如果要像藍光光碟一樣凸顯技術內容，也許會稱為全像光碟。

　

事實上光碟機不但讀取速度越來越快，容量也越做越大。當年筆者聽到4.7GB的容量覺得真是電腦聖品，沒想到網路上流傳一些容量高達700MB、甚至 4.7GB的檔案，立刻就把光碟塞爆。但科技界早早就預料到，電腦處理速度提升後，伴隨著而來的就是大量資料處理能力，所以需要高頻寬通訊與大容量儲存能力，這三種是共生的，任何一種均會帶來另外兩種需求。另一方面，一般人其實並沒有這種尺度的資料需求，要創造需求最簡單的就是高畫質影片，因此新的光碟技術推出時，往往也會伴隨著新一代的數位影像標準。

　

開發第四代光碟要使用到許多技術，才能將容量推進到1TB，目前看來全像儲存技術將會是最重要的一環，因為Spatial Light Modulator (空間光學調變器，LCD也算其中一種)性能越來越好，光學薄膜的發展同時改進了讀取速度與儲存容量，在傳統技術逼近物理極限時，這會開啟一條新路。

　

光碟片發展簡表

　

種類 容量 讀寫頭

第一代 CD 700MB 紅光

第二代 DVD 4.7GB 紅光

第三代 BD 25GB/50GB 藍光

第四代 全像光碟 1TB 紅光

　

什麼是全像儲存技術？

　

全像儲存技術(以下簡稱全像術)的基本工作方式，是將一道雷射光分成兩束，第一道光data wave(資料波)穿過LCD或類似的空間光學調變器後，也就是經過一道二維影像，將該影像投影到全像物質，這物質經常是使用一種特殊的晶體，或是光聚合物Photopolymer；另一道光則不經過影像，而是直接投射上去，稱為reference wave(參考波)。這兩道光打到晶體表面產生干涉現象，產生波峰與波谷黑白影像，影像資料因此儲存在晶體中。

　

全像術寫入時是寫入一個二維影像，也就是有能力將一張照片上所有資料同時寫入的意思。要讀取該資料的動作比較簡單，只要打入一道雷射光，便可以得到之前在特殊角度下儲存的資料。一般介紹全像術的文章都會提到速度的問題，由於全像術的寫入與讀出都是一個二維影像，所以有機會比循序操作的硬碟機或記憶體快。

　

但這種說法有個盲點，現在用來產生影像與讀取影像的電子元件，如LCD、CCD與CMOS都是循序操作的，不然怎麼與CPU等其他電腦零件溝通呢？也就是說加速是有，但受限於系統上其他電子零件，並沒有二維加速這種事。

　

值得一提的是，全像術具備RAID部分功能，當資訊被儲存在全像物質內，如果不小心將這個全像物質打破變成兩塊，任何一塊依然儲存有全部的影像資料，只是解析度變差些。這意味著使用全像術的光碟片可以設計成自動備份功能，當受到有限度損毀時，還可以想辦法取出全部資料。

　

InPhase公司的全像術

　

談到全像術，一定得先了解美國一間很長壽的小公司，其公司名為「InPhase」。InPhase努力於全像光碟已經超過十年以上，在 2003年之前便宣稱要將全像光碟技術商業化，由於市面上還看不到此類產品，想當然爾他們必定碰到不少困難。據報導指出，因為全像光碟容量很大，一旦有缺陷會損失大量資料，為了證實此產品的可靠性，所以延遲上市以重複驗證其可靠性。

　

不過這次看來是玩真的，InPhase已經公布在2007年要開始量產供應全像光碟，他們設計的光碟片直徑13公分，比現有的光碟片標準規格大一些，據猜測是因為這種片子不能進入現有的光碟機，消費者才不會在無意中混淆。

　

InPhase的產品每片容量300GB，比起單面25GB、雙面50GB的藍光光碟來說，仍屬相當先進的科技。 InPhase的雷射讀取頭使用與現在CD、DVD相同的紅光雷射，而不是最新的藍光雷射。在十元商店可以買到台幣49元的雷射指示器，都是紅色的；但有些人願意嘗試新科技，會買一支一千多的綠光雷射筆；那藍光雷射那邊可以買的到呢？

　

目前為止，似乎沒有一定的管道。從這點就可以看到，紅光雷射非常便宜，綠色貴了不少，而藍光難得一見。其實售價與功率、光波長都有關，而配備藍光雷射的電視遊樂器銷售量更讓有限的產量吃緊，如果第四代光碟機回到使用紅光，也許在售價上會有更漂亮的價位。

　

商業化的全像技術

　

2007下半年InPhase計畫要進入一般市場，每台機器要價台幣60萬，單張光碟片為台幣六千元。由於InPhase光碟每片容量是現有DVD-R的60倍，但價格卻是100倍，除非是家中被各種資料光碟塞滿的重度使用者，不然一般消費性市場是看不到需求的。

　

InPhase當然也體認到這點，他們認為一開始時，買方應該是專業影像處理公司，尤其是電視台要編輯影像時，一張300GB的光碟片實在是太方便了。雖然一台300GB的硬碟機便宜又好用，1TB硬碟也上市了，但硬碟機畢竟要小心防震，要實體傳遞300GB數位資料時還是以耐震的光碟片最好用。

　

InPhase在完成300GB的技術後，下個步驟是提升到容量1600GB、傳輸速度960Mbps的規格。這種容量剛好用來處理HDTV影像，因為無壓縮無失真的HDTV影像資料，其資料流量剛好在這等級。

　

當網路與硬碟等級提升後，無失真的ape音樂檔案開始流行，屆時無失真的HDTV檔案或許會變成另一種常用技術。全像術並不是全新的技術，全世界有不少物理學家在這方面著墨很深，可想而知，試著將全像儲存技術商業化的公司不只一間，除了美國的InPhase外，日本的Optware也曾推出類似而規格較小的平台，並且獲得Hitachi的投資，由於Hitachi所生產的硬碟銷路甚廣，也許這代表Hitachi對於光儲存媒體也有興趣。 Optware對於全像光儲存媒體的計畫比InPhase的小多了，但看來似乎也比較接近市場。

　

據說在今年會發售全新設計的全像光碟片。從途中可以看見此光碟片與傳統的光碟差異甚大，比較像是科幻電影中的設計，一片信用卡大小的塑膠片可儲存30GB容量，更重要的是，每片售價低於一美金，機器低於一千八百美金，約台幣六萬，這絕對比InPhase的售價更貼近消費性市場。據估計，三年後企業用的儲存市場將會以全像光碟取代磁帶技術，由於第四代光碟規格不可能太快推出，也許我們會先看到InPhase或Optware的機器在市面上使用。

　

第四代光碟技術茁壯中

　

第四代光碟只用全像技術的可能性並不高，從第三代光碟技術(也就是藍光技術)，光是一個藍光規格就可以吵好幾年吵不完，光碟廠商與電影公司為了保障獲利不肯輕易讓步，第四代光碟怎麼可能讓一兩間公司輕易掌握在手中，屆時一定又會有聯盟合縱的故事。不過目前不少廠商均已投入第四代光碟技術研發，包括sony、Pioneer、Philips與Sharp等。sony使用一種稱為Micro-Reflector(微反射器)的技術，藉由改變焦點可以達到多層記錄，也就是多層光碟片。但sony目前只做到每平方英吋10Gbit的密度，InPhase之前達成的世界記錄是515Gbit。 sony希望將光碟片分成每層10um，也就是1/100mm的厚度，藉由10至12層記錄的方式，擴展容量。

　

早期的光碟是單面，後來出現雙面，現在是要進展到多層結構。從雙面到多層是非常困難的，在鍍膜與讀取技術都有瓶頸出現過。我們常用的光碟片基本上是將一層特殊化學物質鍍在塑膠片上，再以雷射讀取頭存取資料。為了達到更高的解析度，每件事都要非常精細才行。

　

以sony現在55GB容量的實驗品來說，一層膜才500nm厚，也就是兩百萬分之一公尺。而讀取頭更是誇張，離碟片高度才20nm，不知道在實用上是否有困難。

　

另一方面，擁有光碟片許多基礎專利、將台灣光碟廠告到怕的飛利浦也持續開發新一代的技術，他們之前發表的技術是70GB，但鍍膜厚度達有3000nm，厚度是sony的六倍。飛利浦認為他們的技術雖然每層能記錄的資料量比較少，但卻更容易做到多層光碟(目前飛利浦做到單片500GB，每層125GB，一共四層)。

　

Pionneer則使用極紫外線(UV)光源以加強雙層藍光片；而韓國三星電子同時也投入第四代光碟片的開發，也許是因為後起之故，他們達成的數據較低，容量每片40GB，但他們的技術可用在單層藍光DVD上，預計在明年達到50GB。總結來說，要看到第四代光碟片的普及還需要相當久的時間，如果每代光碟技術是間隔五年，那第三代光碟恐怕連第一年都還沒正式開始。但研發總是走在產品之前，沒有什麼意外的話，我們知道第四代光碟片將會是全像技術發揚的時代，而且這些技術可能會先出現在藍光光碟上，作為中間加強版的密技。