정보저장공학

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5) Holographic Data Storage의 실용화 사례
1) Optitek사의 Gerome
Holographic Data Storage 장치를 생산하는 회사 중의 하나는 미국에 소재하는 Optitek로 이 회사의 대표자는 Stanford University의 전기공학과 교수인 Lambertus Hesselink이다. 이 회사는 최근 Siros로 이름을 바꾸었다.
이 회사의 첫번째 시제품은 200 Megabytes의 데이터 저장 용량을 갖는 Shoe-box 크기의 저장장치로 데이터 저장 용량면에서 현재 사용 중인 하드디스크 드라이버에 조금 못 미치는 정도이다.
또한 이 장치의 Seek Time은 3 내지 4 millisecond 정도로 매우 빠른 편이나, Data Transfer Rate는 1.5 Megabytes per Second로 하드디스크 드라이버(Hard Disk Driver)의 17 Megabytes per Second에는 훨씬 못 미치는 수준이다. 여기서 Seek Time은 저장장치로부터 사용자가 원하는 데이터를 찾는데 걸리는 시간이며, Data Transfer Rate는 1초 동안 저장장치로부터 컴퓨터의 메모리로 이동시킬 수 있는 데이터의 Byte 수를 말한다.
Hesselink는 이 제품을 Holographic Data Storage의 가능성에 대한 검증이며, 시작 단계 정도로만 보고 있고, 향후 1년 이내에 10 Gigabytes의 저장 용량과 10 Megabytes per Second의 Data Transfer Rate, 1 millisecond 이내의 Seek Time을 갖는 제품을 생산할 수 있을 것으로 말하고 있다. 또한 그는 초기에는 Holographic Data Storage가 하드디스크 드라이버와 공존하는 상황으로 발전하겠지만 궁극적으로는 하드디스크 드라이버를 대체할 수 있을 것으로 낙관적인 전망을 하고 있다.
Gerome(Giant Extremely Rapid Optical Memory)이라는 별명으로 불려지는 Optitek의 저장장치는 광원으로 Fine Green Laser를 사용하며 저장물질로는 Lithium Niobate로 만들어진 감광성 결정을 사용한다. Fine Green Laser는 Beam Splitter에 의해서 기준광과 물체광으로 나누어지고 이 후 기준광은 그대로 저장 매체인 결정 속으로 인입되고, 물체광은 입력된 데이터를 어두운 픽셀은 0으로 밝은 픽셀은 1로써 부호화시키는 LCD 스크린으로 보내진다.
LCD의 Checkerboard를 통과하면서 변조된 물체광은 저장 매체인 결정 속으로 보내져 기준광과 상호 작용하여 간섭무늬를 만들게 되고 결정의 광전효과에 의한 굴절률 변화를 통하여 데이터의 기록이 이루어진다. 많은 홀로그램 페이지를 같은 공간 내에 중첩 기록하기 위해서 기준광의 각도는 매우 정밀하게 조정되어야 하는데, Optitek의 저장장치는 반사 거울을 이용하여 기준광의 각도를 조정하는 기계적인 방법을 채택하고 있으므로 반사 거울의 각도를 매우 정밀하게 제어해야만 한다.
Optitek의 Holographic Data Storage 시제품의 제조원가는 약 $40,000로 매우 고가이며, 이중 절반 정도가 Green Laser Diode의 가격이다. 이러한 가격적인 부담으로 인해서 현시점에서는 상품화를 위한 계획은 세우지 않고 있다. 그러나 향후 적색 레이저를 적용하는 등 더욱 많은 표준품을 사용할 수 있도록 시스템을 개량하면 궁극적으로 제조원가를 $2,000 까지는 낮출 수 있을 것으로 전망하고 있다.
그러나 Crystal에 기록된 정보가 열화되는 현상을 방지하기 위해서는 Lithium Niobate Crystal의 열처리가 필요하고, Crystal에 새로운 정보를 재기록 하는 경우에도 재차 열처리를 해야 하는 등 번거로운 문제가 남아 있어 경쟁력 있는 저장장치를 만들기 위해서는 새로운 기록 물질을 개발해야 하는 등 어려운 과제가 남아 있다고 할 수 있다.
2) Holoplex사의 HM-100
Caltech의 교수인 Demetri Psaltis와 Fai Mok이 설립한 회사인 Holoplex는 HM-100이라는 상품명으로 Holographic Data Storage 시스템을 $16,000에 시판하고 있다. (<그림 4.46> 참조) 주요 판매 분야는 지문을 저장하고 재생하는 지문 인식 시스템으로, 이 저장장치는 앞서 언급한 저장 물질의 열처리 문제를 해결하기 위하여 저장 물질로써 Write-once Photopolymer라는 물질을 사용하는 새로운 방법을 적용하고 있다.
<그림 4.46> Holoplex의 Holographic Data Storage HM-100
이 저장장치의 데이터저장 용량은 1 Gigabytes이고 저장된 전체 정보를 1초 내에 읽어낼 수 있다. 이와 같이 Data Transfer Rate가 빠른 것은 아날로그 이미지(Analog Image)로 지문을 저장하고 재생하므로 하므로 재생 시 CCD에서의 데이터처리에 따른 병목 구간이 없기 때문이다.
이 저장장치는 일단 레이저 빔(Laser Beam)에 노출되면 화학적으로 고정되는 100 micron 두께의 Photopolymer Layer를 갖는 회전 디스크(Spinning Disk)를 사용하고 있다. 또한 이 저장장치는 레이저 하드의 위치를 제어하기 위하여 기계적인 방법을 사용하기 때문에 Seek Time은 전형적인 컴팩트 디스크 드라이버(Compact Disk Driver)와 비슷한 수준이다. 각 홀로그램은 Cone 모양으로 초점이 맞추어진 레이저빔에 의해서 디스크 상에 중첩 기록된다. (<그림 4.47> 참조)
Holoplex사의 대표인 Psaltis는 이 시스템의 저장 용량은 저장 물질인 Photo-polymer의 두께를 보다 두껍게 하고 더욱 고밀도의 SLM을 사용한다면 100 GB까지 확장시킬 수 있으며, 이 시스템을 대량 생산하는 경우 시스템의 제조 원가를 수백 달러 선까지 낮출 수 있다고 말하고 있다.
<그림 4.47> Holoplex사의 HM-100에 채용된 Shift Multiplexed Holographic 3D 디스크

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