Definition Was ist Tape Media?

Beim Magnetband, das kurz nach den Kernspeichern erfunden wurde, war die Storage-Industrie sehr erfindungsreich. Mal wurde linear beschrieben, mal im Schrägspurverfahren, mal mit einem Kopf, mal mit dutzenden, mal mit 4 Millimeter schmalen Bändern, mal mit 1,27 Zentimetern breiten. Das Magnetband hat eine wechselvolle Vergangenheit hinter sich und eine noch unklare Zukunft vor sich. Die im Band umgesetzte Technik ist jedoch nicht weniger interessant als die von Festplatten oder Halbleitern.

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Bandmedien zeichnen sich wie Festplatten auch durch ihre Flächendichte aus, also die Anzahl von Bits, die auf einen Quadratmillimeter passen. Wurden zu Beginn quasi noch Eisenfeilspäne respektive Metallpartikel magnetisiert, so werden es morgen Bariumferrite (BaFe) sein, die bis zu 123 GBit pro Quadratinch speichern, oder übermorgen aufgedampfte Metallschichten sein, mit denen in Demonstrationen schon 201 GBit/in² nachgewiesen wurden.

Heutzutage kleben die magnetisierbaren Partikel auch nicht mehr kreuz und quer auf dem Band, sondern sind parallel zueinander ausgerichtet, um ein möglichst geringe und eindeutig nutzbare Polarisierung zu ermöglichen.

Spuren und Flächendichte

Im Jahr 1952 erzielte man bei einer Flächendichte von 1400 Bit/in² und 14 Spuren eine Speicherkapazität von 2,3 MByte. Im Jahr 2015 war die Flächendichte auf 4,3 GBit/in² und die Anzahl von Spuren auf 8860 Spuren pro Inch gestiegen. In einem Laborexperiment wurden vor wenigen Jahren Flächendichten von 201 GBit/in² und 246.200 Spuren pro Inch erreicht. Die theoretisch mögliche Kapazität würde damit 330 TByte in einer LTO-Cartridge erreichen. Zum Vergkeich: Aktuell sind 12 TByte Bänder auf dem Markt.

Die Stärke des Magnetbandes ist ebenfalls von nicht zu unterschätzender Bedeutung für die Gesamtkapazität des Magnetbandes. Die Dicke lag im Jahr 2017 bei 4,79 µm und sorgt dafür, dass die Bandlänge nun auf 1051 Meter wächst. Für 2025 werden Dicken von 3,46 µm und 1457 Meter angestrebt. Das Trägermaterial muss gleichzeitig dünn und flexibel wie auch straff, robust und alterungsbeständig sein, damit es möglichst nah am Kopf vorbeigeführt werden kann. Bei Festplatten bewegt sich der Magnetkopf im niedrigen Nanometerbereich oberhalb der magnetischen Oberfläche.

Bei Magnetbändern ist der Abstand etwas größer, da mittels eines Luftpolster der direkte Kontakt des "rauhen" (unter 2 Nanometer) Bandmaterials mit dem Kopf vermieden werden muss, um diesen nicht durch einschleifen zu beschädigen. Da das Band durch den mechanischen Antrieb eine gewisse Höhenbewegung durchläuft ist der Kopf entsprechend beweglich gelagert und wird durch Servosignale an die Bandbewegung in Echtzeit angepasst.

Bei circa 3500 Spuren pro Millimeter und bis zu Geschwindigkeiten von 4 Meter pro Sekunde darf die Abweichung zwischen Kopf und Spur maximal 5,9 Nanometer betragen. Man sieht, auch beim Magnetband arbeitet die Datenspeicherungstechnik bereits im unteren Nanometer-Bereich.

Einige herausragende Tapetechnik-Ereignisse

Im Jahr 2008 gelingt IBM bei der Half Inch Tape Technik TS1130 der erste Einsatz von GMR Leseköpfen (Giant-Magneto-Resistance), die erstmals in LTO-5 Laufwerken verwendet wird. Diese Technik kam zehn Jahre zuvor (1997) zum erstmals bei den Festplatten zum Einsatz und sorgt dafür, dass eine wesentliche schwächere Magnetisierung detektiert werden kann.

Dadurch kann die Anzahl von Grains, magnetisierbare Partikel, verringert werden, so dass die Speicherkapazitäten in den Folgejahren sprunghaft steigen. GMR Leseköpfe können selbst bei extrem hohen Geschwindigkeiten problemlos kleinste Streufelder abgreifen und auslesen. Damit ist eine neue Basis für die Tape Weiterentwicklung geschaffen. Nicht ganz so gravierend wirkt sich die Nachfolgetechnik TMR (tunnel magnetorestistance) aus.

Wie bei Festplatten kommt nun auch die PMR-Technik (Perpendicular Magnetic Recording), die nicht mehr in Laufrichtung des Bandes magnetisiert, sondern in die Tiefe des Bandes schreibt. Auch dies reduziert die Magnetfläche.

Die Einführung von Dünnfilmbeschichtung und hochinduktiven Schreibköpfen lassen es zu, extrem dünne Spuren aufzuzeichnen. Dies geschieht so, dass eine relativ dicke Spur hochinduktiv vom Bandanfang bis zum Bandende erzeugt wird. Beim Zurückschreiben vom Bandende zum Bandanfang wird ein Teil der geschriebenen Spur wieder überschrieben. Mit dieser Überschreibtechnik, die auch als “Shingling“ bezeichnet wird, ist es möglich hauchdünne Spuren zu erzeugen.

Um die Lesegeschwindigkeit bei steigender Kapazität zu erhöhen, werden immer mehr Köpfe eingesetzt, die parallel arbeiten. Die Anzahl der Köpfe steigt 32 (2015) über 36 (2017) auf 60 (2025).

Die Kostenfrage

Als Straßenpreis für eine

• Quantum LTO-8-Datenkassette mit 12 TByte Speicherkapazität findet man im Mai 2018: 143 Euro. Pro TByte errechnen sich 11,92 Euro. Ein GByte kostet damit 1,2 Cent.

• Alternativ sind für die 12 TByte Festplatte von Seagate, Toshiba oder Western Digital laut Idealo Preisvergleich zwischen 360 und 700 Euro zu zahlen. Das wären normiert 30 bis 60 Euro pro TByte und damit 3 bis 6 Cent / GByte.

• Und für eine Samsung 970 Evo mit 1 TByte Kapazität werden 363 Euro aufgerufen. Pro GByte also 36 Cent.

Ein Cent oder 36 Cent sind ja keine große Differenz, wird mancher sagen. Bei einer zu sichernden Datenmenge von 1 Petabyte sieht die Lage allerdings anders aus. Dann werden aus 35 Cent Differenz gleich 350.000 Euro.

Gerne wird vom Storage-Experten Kurt Gerecke auch vorgerechnet, was der Ersatz von Tape durch Festplatten bei den Betriebskosten bedeuten würde: "Tape ist für die Langzeitarchivierung hervorragend geeignet, da Tape keinen Strom benötigt, wenn die Kassette einmal beschrieben ist. Würde man heute weltweit alle noch in der Produktion befindlichen Bandkassetten auf Plattensysteme umstellen, müssten über 40 große Kernkraftwerke mit je einer Leistung von mindestens 1200 Megawatt gebaut werden, um den Strom für diese Plattensysteme zu liefern."

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