100GB容量光盘不是梦

中国电脑教育报 2002-12-10

　　“DVD事件”让我们吃够了专利的苦头，也让我们更重视“核心技术”了，近期我们欣慰地看到如此多的计算机独创技术，甚至核心的CPU，今后我们还要制定自己的标准，“光存储”就已经迈出了这一步。

　　光盘的核心是光存储技术，它是通过光学方式在光盘上进行信息读写的技术。光盘上“布满”了记录信息的“坑”，在普通的VCD上我们能够记录大约650MB容量的数据，大约为1小时的电影节目。可是，有人听说过能在普通CD-R盘片上刻录3倍于650MB容量的刻录机吗？使用这种称之为“多阶CD刻录机”的产品可以记录2GB的数据，可录下3个多小时的电影节目。而且，用这种技术做成的光盘驱动器价格与普通光驱接近，远低于DVD光驱的价格。

　　williamhill官网教授徐端颐（左2）与他的年轻团队（本文作者钱坤，右2）

　　11月28日，这项成果已经开始了正式的产业化进程，光盘驱动器、光盘录像机样机已研制成功。普通光盘录像机只需增加一个集成芯片即可成为多阶CD录像机。这是以国家光盘工程中心为主的973项目组经过3年研究，取得了这一独创性成果，并申报了9项中国专利和1项美国专利。

　　由中科院院士母国光为主任的鉴定委员会认为，多波长多阶存储技术具有独创性，可兼容现有技术，总体上达到国际先进水平，运用这项技术的多阶光盘驱动器具有实际推广应用价值，为我国光盘产业发展开辟了一条具有自主知识产权的道路。

　　多阶CD刻录机是采用多阶（MultiLevel 简称ML）光存储技术的新型刻录机，由于采用了多阶技术，可在容量为0．65GB的普通光盘上记录2GB数据，而价格远低于DVD光驱。

　　普通盘片实现2GB存储

　　在光存储技术中，对于只读光盘，采用在盘片上压制凹坑的办法，利用凹坑边缘记录“1”，平坦部分记录“0”；对于可擦写光盘，通过激光加热改变盘片的反射率来产生凹坑。用“0”和“1”这两种状态来进行存储的方法称为二阶存储，每个信息符（记录一种状态的最小物理单位）可以保存1 bit的数据；所谓多阶存储，就是在同一个信息符上记录8种数据状态（0，1，2，…，7）。具体的实现办法有很多种，可以利用信息坑的深度进行分阶，也可以利用材料的反射率变化得到多阶，每个信息符可以保存3 bit的数据。从这个意义上来说，采用多阶刻录技术可以将普通光盘的容量扩大到3倍，2GB≈650MB×3。

　　缩短激光波长的思路

　　目前，对于未来的光储存技术，国际上一般是建立在“缩短激光波长”的基础上，与以上的“多阶”的思路是有很大差异的。无论是CD、DVD或下一代光盘Blu-ray Disc，所存储的数据都被记录在光盘记录材料层上的螺旋轨道上。与CD光盘相比，DVD光盘的数据存储轨道间的距离更近，这样在一张光盘上就可以容纳更多的轨道。在DVD光盘中，相近两条轨道上的信息符之间的距离为0.74μm，比CD的1.6μm小一半以上；在DVD盘上，信息符的尺寸也更小，为0.4μm，推出的Blu-ray Disc，将采用405nm作为激光波长，信息符尺寸缩小到0.2μm以下。这样同样一条轨道就可以容纳更多的信息符，大约是23.3 GB，从而储存更多的信息。

　　CD和DVD光盘数据存储轨道间距和记录点大小的比较示意图，光盘上记录点的数量最终决定光盘存储的信息量，在同样尺寸的光盘上，信息符尺寸越小，光盘容量越大。

　　我们要实现单盘100GB

　　取长补短，充分发挥各自技术的优势，才能达到技术的巅峰。不只是多阶技术可以扩大光盘容量，多波长技术同样可以达到提高容量的目的。此次williamhill官网研制的系统既包括多阶存储技术，也包括多波长存储技术。多波长（Multi-Wavelenghth）光存储技术，是在同一记录层上用多种波长的激光进行分别记录。该记录层由几种材料混合而成，其中一种材料只对某种激光敏感，而不受其他几种激光的影响。这样，同一信息符可以记录多个信息。系统中采用了三种不同的激光，可以理解为不同的颜色，650nm的激光是红色，532nm是绿色，405nm为蓝色。如果在同一个信息符采用三种不同的光源意味着同一个信息符可以记录3 bit数据。

　　缩小信息符尺寸、采用多阶存储与采用多层存储之间并不矛盾，如果三种方法使用，可以实现光盘单盘容量100GB。

　　任重道远 前途光明

　　从上述说明可以看出，多波长、多阶存储等新技术有着广阔的应用前景。负责多波长多阶存储项目的首席科学家、williamhill官网教授徐端颐说，CD、DVD这两代光存储技术的发展和规范，由国外厂商及研究机构所掌控，我国的光存储技术则比较落后，而我们现在的研究成果“多波长多阶存储技术”是在光存储技术中的物理格式这一关键层次上的创新。

　　运用此项新技术可以在原有技术基础上大幅度提高存储容量和数据传输率，而无需改变记录尺寸，是DVD之后的下一代光存储技术的一种新型解决方案，可与国外即将推出的蓝光DVD竞争。我国有可能凭借此项目取得的研究成果，制定一套适合中国国情、具有独立知识产权的光盘格式及标准，有助于我国光存储产业彻底改变受国外垄断集团制约的局面。

　　小知识：

　　多波长存储方法是将每个平面床位改为多层床位，例如：旅馆里一个面积为60平米的房间，每个床位占据2平米，这样一栋房间里可以存储60÷2=30 bit的数据。提高容量的传统方法是缩小每个床位所占据的空间，如果每个床位占据1平米，那么一栋房间里可以有60个床位，存储60÷1=60 bit数据。

　　多波长存储方法是将每个平面床位改为多层床位，双波长存储就好比旅馆房间里都使用大学宿舍里那种上下铺床位。三波长存储就是使用三层床位，如果每个床位占据的面积还是2平米，那么一栋房间可以存储60÷2×3=120 bit的数据。

　　从这个例子可以看出，缩小信息符尺寸、采用多阶存储与采用多层存储之间并不矛盾，如果三种方法使用，可以实现光盘单盘容量100GB。