Die großen, schlechten Bit-Stuffer von IBM

Bob Fontana, Forschungsmitglied am Almaden Research Center von IBM im kalifornischen San Jose, macht nur einen halben Scherz, wenn er sagt, das Silicon Valley hätte Iron Oxide Valley heißen sollen. Oder sogar Rust Valley. Denn für Fontana ist es Eisenoxid – das ursprüngliche Material, das verwendet wurde, um die Festplatten zu beschichten, die magnetische Informationsbits speichern –, die das Wachstum des Silicon Valley vorangetrieben haben.

neue ray ban brille

Natürlich kann er ein wenig voreingenommen sein. IBM erfand das Diskettenlaufwerk 1956 in San Jose, als dieser Teil der Welt eher für Kirschplantagen als für Industrieparks bekannt war. Seitdem haben Almaden-Forscher immer wieder den Rekord dafür gebrochen, wie viele Daten auf einer Festplatte gespeichert werden können. Im vergangenen Dezember waren sie wieder bei ihren alten Tricks, als Fontana und seine Kollegen mehr als 11 Milliarden Bits (Gigabit) auf einen einzigen Quadratzentimeter magnetischen Materials pressten. Damit wurde der bisherige Rekord von 5 Milliarden Bits pro Quadratzoll, der nur ein Jahr zuvor im selben Labor aufgestellt wurde, mehr als verdoppelt. Wie viel sind 11 Milliarden Bits? Es entspricht ungefähr 725.000 Seiten Text mit doppeltem Zeilenabstand, der höher gestapelt wäre als ein 18-stöckiges Gebäude. Dies war in jedem Fall eine große wissenschaftliche Leistung.

Die schwierige Jagd nach der ultimativen Zelle

Diese Geschichte war Teil unserer Juli-Ausgabe 1998



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Dieses Überspringen hat dramatische Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit von PCs. Es sind diese Festplatten mit enormer Kapazität, die es Computerbenutzern praktisch gemacht haben, beispielsweise große Mengen hochentwickelter Software auf ihren Computern zu speichern. Riesige Festplatten haben auch die Transformation des Computers von einer Textaktivität zu einer mit Bildern und Klängen gefüllten Aktivität gefördert. Darüber hinaus unterstreicht die Art und Weise, wie das Festplattenprojekt verwaltet wird, die Bemühungen von IBM, die Grundlagenforschung mit der Produktentwicklung im Dienste der Innovation zu verbinden.

Almadens Leistungen werden in der Computerwelt mittlerweile so gut angenommen, dass die Ankündigung eines weiteren neuen Rekords im Dezember keine großen Schlagzeilen machte. Selbst Konkurrenten zuckten mit den Schultern. Jeder im Publikum sagte, sicher, darauf haben wir gewartet, sagt Gordon Knight, Chief Technical Officer von TeraStor, einem Startup aus dem Silicon Valley, das sich für eine andere Art von Speichertechnologie als die von IBM einsetzt. Doch unter dieser ruhigen Oberfläche erfüllter Erwartungen verbirgt sich eine überraschende Geschichte.

Eine Ruhmeshalle füllen

Die Welt war nicht immer so gelassen gegenüber den Durchbrüchen von IBM. Schließlich sollte Magnetspeicher inzwischen tot sein, ersetzt durch optische Speicher oder andere Technologien. Das dachte sogar IBM: 1970 veröffentlichte ein IBM-Forscher ein Papier, das bewies, dass die Technologie niemals über 200 Megabit pro Quadratzoll hinausgehen würde.

Aber anstatt den eigenen Experten des Unternehmens zu glauben, hat das Team von Almaden eine prognostizierte Grenze für magnetische Speicher nach der anderen überschritten. Sie entdeckten technische Workarounds für das, was einst als harte physikalische Grenzen galt. 1989 packte das Almaden-Labor 1 Gigabit pro Quadratzoll. In den folgenden Jahren hat Almaden den Einsatz erhöht und Dichten von 3, 5 und jetzt 11,6 Gigabit pro Quadratzoll demonstriert. Der Markt geht mittlerweile davon aus, dass sich die magnetischen Speicherkapazitäten alle 18 Monate verdoppeln, ungefähr im gleichen Tempo wie die Halbleiterindustrie. Die große Neuigkeit wird sein, wenn IBM langsamer wird.

Sprechen Sie mit Currie Munce, Direktor für Speichersysteme und -technologie bei Almaden, und er wird sich darüber beschweren, dass Wissenschaftler für magnetische Speicher die unbesungenen Helden des Informationszeitalters sind. Wie alle anderen bei Almaden evangelisiert Munce gerne über Speicher: Wir versuchen, Dinge in Millisekunden mechanisch über Millimeterdistanzen zu bewegen und sie innerhalb von Zehntel Mikrometern auf der Strecke zu stabilisieren, sagt er. Es ist eine großartige Wissenschaft.

ist Magie die Versammlung schwer zu erlernen

Ein Besuch in einem bestimmten Raum bei Almaden zeigt, wie weit IBM mit der Technologie fortgeschritten ist. An einer Wand hängt eine einzelne rostige Platte aus dem Original von 1956, die stolz präsentiert wird, wie ein Rockstar mit einer Platinplatte prahlen könnte. Im Jahr 1956 waren die Festplatten von IBM kühlschrankgroße Kisten, die nur 5 Megabyte auf 24 Platten mit einem Durchmesser von jeweils 2 Fuß fassten. Heute liefert das Unternehmen ein Standard-PC-Laufwerk aus, das mehr als 16 Gigabyte fasst, etwa das 3.000-fache der Kapazität seines Originalprodukts. Wenn Sie jedoch das Laufwerk von 1956 und das Laufwerk von 1998 nebeneinander stellen, sehen sie bis auf den Maßstab gleich aus. Dave Thompson, Direktor des Advanced Magnetic Storage Recording Laboratory von Almaden, sagt, dass die Erfinder des ursprünglichen Laufwerks heute sein Labor betreten und genau wissen könnten, was vor sich geht.

Die Speicherdichte hängt von der Größe des magnetischen Bits ab: dem Teil des Plattenplatzes, dem eine bestimmte magnetische Ausrichtung – Norden oder Süden – gegeben wird, um eine binäre Eins oder Null darzustellen. Auf der elementarsten Ebene ist das Ziel einfach: Schrumpfen Sie die Bits und Sie erweitern die Speicherkapazität. Aber kleinere Bits emittieren kleinere Magnetfelder, was wiederum erfordert, dass der Lesekopf – das Gerät, das diese Felder erfasst und in elektrische Signale umwandelt – näher an der sich drehenden Plattenoberfläche positioniert wird.

Immer wieder hat die Verkleinerung der Technologie die Entwickler von Festplatten gezwungen, sich physikalischen Grenzen zu stellen, die zunächst unüberwindbar schienen. Zum Beispiel reitet der Kopf auf einem Luftkissen, das von der sich drehenden Scheibe erzeugt wird. Herkömmliche Weisheit besagte, dass wenn man den Kopf zu nahe an die Oberfläche bringt, die Luftmoleküle in einen Raum gepresst werden, der so klein ist, dass das Stützkissen verschwindet. Hinter diesen Schlussfolgerungen steckte viel Mathematik, sagt Barry Schechtman, Executive Director des National Storage Industry Consortium (NSIC), eines konzernübergreifenden Konsortiums von Speicherherstellern, das Grundlagenforschung an mehreren Universitäten finanziert. Die glückliche Realität war jedoch, dass diese Theorie nicht wahr war. Die Natur erwies sich als schlauer als unsere Gleichungen, die modifiziert werden mussten, sagt Schechtman.

Forschung neu denken

Almadens dramatische Fortschritte in der Magnetaufzeichnung sind umso bemerkenswerter, wenn man seine institutionelle Geschichte bedenkt. In den frühen 1980er Jahren hatte die Forschungsabteilung von IBM den Ruf, brillante Arbeit zu leisten, die für das Geschäft des Unternehmens wenig Bedeutung hatte. Und selbst wenn die Labore Ergebnisse mit kommerziellen Auswirkungen lieferten, wurde die Übergabe an die Produktgruppen oft behindert, sodass andere Unternehmen vor IBM von den Forschungsdurchbrüchen von IBM profitieren konnten. 1981 war IBM so vom Markt abgekommen, dass Big Blue seine ersten PCs aus Komponenten anderer Firmen zusammenschustern musste - darunter auch Plattenlaufwerke.

Das Almaden-Gebäude selbst ist eine Reminiszenz an die großen Forschungslabors der Vergangenheit, umgeben von leerstehenden Immobilien im Wert von Hunderten Millionen Dollar, wo das einzige Geräusch der Wind ist, der über die Ausläufer von Santa Teresa fegt. Entstanden in den späten 1970er Jahren, als IBM Geld zu verbrennen hatte, sollte Almaden eine Vorzeigeeinrichtung für reine Forschung sein, die den Bell Labs von AT&T, dem Palo Alto Research Center von Xerox und der eigenen Forschungseinrichtung von IBM in Yorktown Heights, NY, ebenbürtig ist Gebäude 1985 fertiggestellt wurde, hatte sich das Klima für die Forschung und Entwicklung der Unternehmen geändert. Der neue CEO John Akers – ein Mann, der bei der Beschreibung der IBM-Mission gerne Worte wie Kostendämpfung und Rationalisierung verwendete – spielte mit dem Gedanken, die Forschungsabteilung komplett aufzulösen und die Mitarbeiter auf verschiedene Produktgruppen aufzuteilen.

Raus aus dem Elfenbeinturm

Die 1-Gigabit-Herausforderung war der Katalysator für weitere tiefgreifende Veränderungen, die die Forscher von Almaden aus ihrem Elfenbeinturm in die reale Welt der Gewinne und Verluste führten. Almaden begann eine regelmäßige gemeinsame Entwicklungsarbeit mit IBMs Storage Systems Division, der Produktgruppe am Fuße des Hügels. Schon bald stammte ein Drittel des Forschungsbudgets von Almaden aus dem Produktbereich. Munce ist der Meinung, dass die Förderquote der Forschungsgruppe Klarheit verschafft, ohne die Unabhängigkeit zu beeinträchtigen.

Die Änderung der Finanzierung habe auch ein neues Denken über Innovation geschaffen, sagt Munce. Vor zehn Jahren war die Einstellung hier: Wenn ich es nicht erfunden habe, möchte ich nicht daran arbeiten, weil ich dafür keine Anerkennung bekomme, erklärt er. Heute versuchen wir zu sagen: Wenn Sie es im Labor erfinden oder der Erste sind, der es aus dem Labor eines anderen holt und es relevant macht, ist uns das egal.

Absturz eines chinesischen Space-Shuttles

Munce hat eine gemeinsame Führungsposition, die sowohl der Forschung als auch den Produktbereichen unterstellt ist. Diese Position wurde Anfang der 1990er Jahre geschaffen, um die Verbindungen zwischen den beiden Gruppen noch enger zu machen. Er nimmt an den Sitzungen der Produktabteilungen teil und versucht dann herauszufinden, welche Forschung erforderlich ist, um ihre Missionen zu erfüllen. Seinen Forschungshut aufsetzend, besteht seine Aufgabe darin, die Produktabteilungen von IBM so zu beeinflussen, dass sie sich in Richtungen bewegen, die die Arbeit aus den Labors nutzen. Meine Aufgabe ist es wirklich, Innovationen zu managen, sagt er. Wir müssen getrennt sein, damit wir innovativ sein, schaffen und Menschen zu guter Forschung motivieren können. Aber wir müssen vernetzt sein, um Technologie auf den Markt zu bringen.

Ein anschauliches Beispiel dafür, wie weit sich das Forschungsteam von der ursprünglichen Vision für Almaden entwickelt hat, ist das Advanced Magnetic Recording Laboratory selbst. Das von Forschungsmitarbeiterin Fontana gestaltete Labor wird von Forschungs- und Produktgruppen gemeinsam betreut. Zwei Jahre nachdem Almaden zum ersten Mal seine Türen geöffnet hatte, überzeugte Fontana seine Manager, einem Flügel im ersten Stock die Eingeweide herauszureißen. Diese Renovierung gab ihm ein 5.000 Quadratmeter großes Labor für Prototypenarbeiten – die Art von Arbeit, die früher von den Produktingenieuren von IBM anstelle der Forschungsmitarbeiter erledigt wurde. Dieses Labor bietet Einrichtungen zum schnellen Bauen von Komponenten, sodass die Forscher im Obergeschoss – Spezialisten für Leseköpfe, Schreibköpfe, Materialwissenschaften und andere für die Festplattentechnologie wichtige Bereiche – testen können, ob ihre Innovationen zusammenarbeiten würden.

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