580TB數據能存一盤磁帶上？沒扯淡，這是已經實現的事。IBM和富士膠片一項技術突破顯示，他們已找到方法將單盒磁帶容量提升到580TB。這大約等同於12萬張DVD存儲量，放256GB的SD存儲卡上，能裝滿2320張。該數字一舉刷新磁帶存儲密度的世界紀錄，且相關研究已發表於《IEEE磁學匯刊》。
不少人印象中，磁帶分AB面，得兩部分加起來才存得下一張港臺專輯，容量連CD也沒法比，再加上速度慢體積大等缺點，相信很多00後都沒見過（暴露年齡系列）。
怎麼不僅沒被淘汰，反而突然能存這麼多數據？
新材料疊加納米級分佈Buff
根據研發團隊披露信息，磁帶介質應用超細鍶鐵氧體磁性顆粒。
該材料化學式為SrFe(12)O(19)，是一種黑色具備永久磁性的物質，常用於微波裝置、記錄介質、磁光介質、電訊和電子工業。
以往磁帶是將另一種物質，鋇鐵氧體顆粒，塗覆在存儲介質上。
開啟讀取時，讓磁頭（一塊電磁鐵）接觸磁帶，帶上磁性物質變化形成電磁感應，進而變成數據被讀取進系統裡。
反之，寫入則由磁頭施加強磁場，改變盤帶上磁粉的磁性分佈。
△ 圖源：hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/
新成果中，研究人員將材料改換成鍶鐵氧體。
其顆粒比原材料小60%，使之均勻排列在磁帶介質上，可提升存儲密度，實現納米級讀取及更高信噪比。
下圖為電子顯微鏡下，鍶鐵氧體與鋇鐵氧體顆粒大小對比：
更細顆粒的磁性材料不僅可存儲更高密度信息，也讓磁帶介質表面更光滑。
研究者使用40μm x 40μm原子力顯微鏡觀察鍶鐵氧體與鋇鐵氧體磁帶表面，新材料磁帶面更為光滑，平均粗糙度Ra為1.1nm，原材料Ra為2nm。
更新材料之外，研究團隊還改進生產設備，讓材料更均勻分佈在磁性層與非磁性層上，提升表面光滑度。
磁頭也經過切割處理，變成一個斜面，再在讀取部分加入一個20毫米的空氣軸承，進一步減小摩擦力。
對上述改進系統進行測試，團隊發現，當使用超窄的29nm寬度TMR傳感器讀取時，其線性密度可達702Kbpi，在電流為22毫安時，信噪比（SNR）數值達到最大：
此外，團隊還用上一套伺服控制器，該設備保證磁頭在讀取時，可在磁帶面進行相對位置的精確定位，操作精細度達3.2nm。
在上述幾種技術加持下，當磁帶開啟讀取，整個帶面介質以15km/h速度劃過，但磁頭仍可精準找到DNA分子1.5倍寬度的讀取位置。
為減小誤碼率，研究團隊在一塊定制FPGA面板上，實現四個通道同時讀取，然後對其求平均，結構如下：
研究團隊基於上述系統，測試大約600萬個樣本數據，編解碼錯誤率隨著更高線性密度而增高，使用64態D3-NPML檢測器可得最佳性能。
該情況下，750kbpi線性密度比特誤碼率（BER）為4.5e-2，正好不高於設定閾值，當線性密度為702kbpi，BER為2.8e-2。
值得一提的是，除EPR4檢測器外，其他檢測器錯誤率在該線性密度下，誤碼率也均滿足設定要求：
關於未來應用，研究團隊認為，此項成果成本更低、長期耐用、能耗低更安全，將成為技術巨頭、學術機構及超大規模數字基礎設施公司數據歸檔的首選，尤其在安全要求高、數據量龐大的混合雲領域。
不過在何時量產落地問題上，參與方之一的富士膠片認為，還需十年左右。
磁帶的默默發展
多數人眼中，盒式磁帶淡出我們的視野也已約20年，但它仍在很多我們看不見細分領域得以應用。
就拿互聯網行業來說，由於磁盤讀寫依靠電磁感應，且存儲無需通電，天生處於網絡離線狀態，這使得該介質安全性高，斷電也無所謂，常備用於備份數據，包括谷歌及微軟Azure。
2011年，谷歌一個軟件更新意外導致Gmail中4萬個賬戶電子郵件被刪除，所幸的是，他們使用磁帶備份，這些數據得以恢復。
國內一些檔案單位也使用磁帶備份，鄭州檔案局一篇微信推文顯示，他們在2017年就做過磁帶數據恢復演練，幫助工作人員熟悉如何在意外情況下從磁帶將備份數據恢復到磁盤之中。
去年，部分省份電力一度緊張，也有咨詢機構建議大型公司考慮將部分數據轉移到磁帶上存儲，存放時間可達30年。
磁帶另一大好處是耐操不易損壞，一盤磁帶從高處落下不大影響其數據存儲，相比之下，硬盤等介質的環境適應性較差。
油氣地震等野外勘探領域中，還有相當數量的數據被存在磁帶上，再運回數據中心處理分析。相應地，不少細分領域IT工程師仍在做磁帶資源管理系統開發。
△ 圖源：IBM
有需求自然有供給，IBM、索尼、富士膠片、昆騰等技術公司支撐磁帶這些年來發展與產品推廣。
即使近些年，磁帶容量仍以大約每年33%速度增長，大約兩到三年翻一倍，業內也有人將其稱為磁帶摩爾定律，背後都是這些公司在發力。
當然，藍色巨人IBM在其中扮演突出角色。
90年代後期，IBM就同惠普及數據存儲公司希捷成立LTO聯盟，推出一種更開放的格式，打開終端市場。
2015年他們又與富士膠片合作，使用超小鋇鐵氧體顆粒，實現商業產品12倍的信息密度存儲紀錄。
2018年在同索尼合作中，他們將倍數擴大到20倍。
發展至今，在IBM最新LTO-9格式磁帶盤上，其原始存儲量已可達18TB。
這些升級一方面來自於磁性材料升級，也源於讀寫軌道增加，磁帶盒內及讀取設備的結構升級及控制精度優化。
△ 圖源：IBM
磁帶雖說仍在發展，且單位GB的存儲成本更低，但我們普通人目前還用不上。
其原因主要在於讀取寫入設備過於昂貴，設備價位至少數萬人民幣，此外，由於單盤磁帶仍是線性讀寫方式，其數據傳輸速度相對較低，對我們大眾，還是機械硬盤等存儲設備更合適。
△ IBM 磁帶 驅動設備
最後想問問，你看好磁帶的未來麼？
參考鏈接：
[1]https://www.fujifilm.com/us/en/news/data-storage/SrFe_580TB
[2]https://mp.weixin.qq.com/s/XIEj5JslvVQp-URIxqucCg
[3]https://gizmodo.com/a-new-breakthrough-in-tape-storage-could-squeeze-580-tb-1845851499
[4]https://www.ibm.com/blogs/research/2020/12/tape-density-record/
[5]https://www.techrxiv.org/articles/preprint/317_Gb_in2_Recording_Areal_Density_on_Strontium_Ferrite_Tape/13379594/1
[6]https://spectrum.ieee.org/why-the-future-of-data-storage-is-still-magnetic-tape