spacer.png, 0 kB
Volg Cursor via Twitter Volg Cursor via Facebook Cursor RSS feed
spacer.png, 0 kB

spacer.png, 0 kB


''Ik wilde graag zien hoe het is om als wiskundige in een bedrijf te werken.''
Cursor in PDF formaatCursor als PDF
PrintE-mail Tweet dit artikel Deel dit artikel op Facebook
Op zoek naar de opvolger van de ‘Blu-ray Disc’
28 februari 2008 - Wereldwijd werken onderzoekers hard aan de opvolger van de ‘Blu-ray Disc’. Deze vierde generatie optische informatiedragers krijgt een nóg grotere opslagcapaciteit. Daarvoor moeten op hetzelfde schijfje wél steeds meer bits worden geperst. De leesfouten die dat oplevert, kunnen voor een groot deel worden voorkomen door betere algoritmes voor signaalverwerking. Dat laat de Chinese onderzoeker Li Huang zien in zijn promotieonderzoek. Maandag 3 maart verdedigt hij zijn proefschrift.

Na de cd (1980, 650 megabyte) en de dvd (1994, 4,7 gigabyte) is nu ook de ‘Blu-ray Disc’ op de markt. Deze lijkt het inmiddels definitief te hebben gewonnen van de ‘High Definition DVD’, mede door het recente afhaken van grote elektronicaproducenten als Toshiba. De Blu-ray Disc (BD) mag dan met zijn 25 gigabyte opslagcapaciteit voor de consument het nieuwste van het nieuwste zijn, op de achtergrond zijn onderzoekers al druk bezig met de vierde generatie van optische dataopslag. Deze schijfjes -120 millimeter in doorsnede, nog steeds even groot als een cd- gaan in de toekomst waarschijnlijk tot 100 gigabyte aan data bevatten; vier keer zoveel als een ‘Blu-ray Disc’.

Dichter op elkaar
Daarvoor wordt wel het uiterste gevergd van de technologie. Zo komen de bits op het plastic schijfje noodgedwongen steeds dichter op elkaar te liggen. “De compact disc was nog groot genoeg om ruimte te houden tussen elke rij putjes”, vertelt de Chinese promovendus Li Huang. Hij deed zijn promotiewerk voor een deel aan de faculteit Elektrotechniek, in de groep Signal Processing Systems. “Bij de volgende generaties optische schijfjes kwamen ze echter steeds dichter bij elkaar te liggen.” Bij de opvolger van BD liggen zelfs een aantal rijen tegen elkaar aan (zie figuur). De laser krijgt hierdoor moeite twee bits naast elkaar te onderscheiden. Een ‘nul’ wordt zo nu en dan aangezien voor een ‘een’, of andersom. Meer leesfouten in ieder geval.

De oplossing lijkt simpel: bouw een kleinere laser in, die de hobbels en putjes op het oppervlak van de schijf preciezer kan detecteren. “Dat is inderdaad een optie, maar die kleinere lasers zijn meteen een stuk duurder en daar willen de fabrikanten van dit soort spelers niet aan”, legt Huang uit. Hij stelde zich daarom als doel algoritmes te ontwikkelen waarmee het nieuwe type overvolle schijfjes toch goed te lezen is. Daartoe werkte hij aan een concept waarbij meerdere rijen bits tegelijk worden gelezen. Zo kan de elektronica de bits in groepjes verwerken, wat de verwerking sneller en betrouwbaarder maakt. “In feite heb ik de complexiteit van de dataverwerking verminderd. Daardoor wordt het snel lezen van een optische schijf met hoge datadichtheid mogelijk.”


Op de cd zat tussen elke rij bits een lege ‘veiligheidsband’ om interferentie tussen opeenvolgende spoortjes te voorkomen. Op de vierde generatie optische informatiedragers is zo weinig plaats meer over dat de rijen bits elkaar raken. De figuur laat slechts een schematische weergave van de bits op een schijfje zien. In werkelijkheid zijn de bit-gebiedjes niet hexagonaal, maar rond of uitgerekt.

Draadloze netwerken
Opvallend genoeg zijn dezelfde technieken ook bruikbaar bij de communicatie via draadloze netwerken. Om de betrouwbaarheid en de snelheid daarvan te vergroten, maken deze vaak gebruik van meerdere zenders en meerdere ontvangers. Heb je er bijvoorbeeld van elk twee, dan zijn er al vier dataverbindingen. Huang: “Al die signalen beïnvloeden elkaar. Deze interferentie maakt het al gauw ingewikkeld om bij de ontvanger weer de juiste data uit het signaal te destilleren.” De promovendus maakte de signalen uit de zenders daarom hoekafhankelijk. Zo kon het aantal benodigde signalen flink omlaag. Net als bij de optische schijven maakte hij daarmee de signaalverwerking minder complex. En dat leidt tot minder fouten en een hogere snelheid. Volgens de promovendus zullen van dit deel van het onderzoek ook mobieltjes en draadloos internet kunnen profiteren.

Huang deed een deel van zijn onderzoek aan het Data Storage Institute in Singapore. Via een videoverbinding verdedigde hij zijn promotiewerk onlangs al voor zijn thuisuniversiteit, de National University of Singapore (NUS). Met deze universiteit heeft de TU/e de afspraak dat promovendi die aan gezamenlijke projecten werken, gelijktijdig aan beide universiteiten kunnen promoveren./.

 

De putjes zijn niet perfect

In de 28 jaar die tussen de eerste cd en de allernieuwste types schijven zit, is de basistechnologie niet veel veranderd. De schijf is van polycarbonaat en wordt middels spuitgieten in een mal aangebracht. In het polycarbonaat zitten honderden miljoenen putjes. Deze lopen, afgewisseld door vlakke stukken, in een spiraal van binnen naar buiten. Op het oppervlak zit een dun laagje aluminium, dat het laserlicht waarmee de schijf wordt gelezen, beter weerkaatst. Een dunne laklaag beschermt het aluminium.

Als alles optimaal werkt het lezen van de cd of dvd als volgt: een lensje bundelt laserlicht op het oppervlak van de draaiende schijf. Hoe het licht weerkaatst wordt van de dunne laag aluminium hangt af van de aanwezigheid van wel of geen putje onder het laserlicht. Doorgaans wordt aan een waargenomen putje een ‘1’ toegekend. Kaatst het licht gewoon terug van een vlak stuk van de cd, dan leest het systeem een ‘0’ uit.

Dit verhaal gaat op wanneer de putjes een nette, strakke ronde vorm hebben. Van de zijkant gezien een ondiepe kuil met rechte verticale wanden, honderd nanometer diep en vijfhonderd breed.

Maar in de praktijk is dat natuurlijk niet zo. Vanwege de beperkingen in het productieproces heeft die ‘rechte’ kuil afgevlakte hoeken. Daardoor is het lastig te bepalen waar de put precies begint. Ook zit de put vaak niet op de exacte locatie waar die moet zitten. En tenslotte is als gevolg van de benodigde hoge productiesnelheid de vorm van het putje meestal niet rond, maar uitgerekt.

Optische dataopslag/Jim Heirbaut
Foto/Bart van Overbeeke