磁带技术剖析

　螺旋扫描记录技术的历史可追溯到40多年前。1956年，ampex公司将螺旋扫描设备作为一种可靠的存储设备推向了视频市场。该设备每平方英寸磁带可存储的数据大幅度增长，读数据的速度比当时线性磁带技术还要快。螺旋扫描技术的高性能和大容量迅速使螺旋扫描技术成为视频广播业的标准。许多电视台目前仍使用类似的螺旋扫描磁带驱动器，每套磁带系统的价格超过了10万美元。

　　第一种高性能、高容量磁带驱动器exabyte 8200于1987年被引入到unix开放系统市场中，该驱动器传输速率为240kb／s，容量为2．4gb。这种螺旋驱动器使用8毫米磁带，利用不同的读、写磁头从磁带读取数据并向磁带写入数据。写后读技术，即在安装磁头的磁鼓每转一圈时，使用一个磁头写数据，随后再利用读磁头来校验数据。这种技术是用来校验写入操作正确性的通用方法。如果检测到错误的话，就对数据进行重写，直到读出的数据没有错误为止。这类驱动器的高密度、高速度以及错误检测和纠正等特性使螺旋扫描技术非常流行。

　　对螺旋扫描技术的改进包括1990年推出的硬件压缩，它可以将存储在磁带上的数据密度增加一倍。1990年，人们还对螺旋扫描技术进行了另一项改进，即使用方位角记录技术。这项技术利用以不同角度安装在扫描器上的磁头在磁带上生成的人字形或v形轨迹。这就使高密磁轨容错技术成为可能。这项技术在历史上曾使螺旋扫描技术在性能和容量上处于领先位置。此外，磁带介质上的改进则进一步增加了螺旋扫描磁带的数据密度。新型驱动器的发展提供了更高的记录速率、更大的磁带容量，并提高了数据密度。

　　线性技术的挑战


　　线性磁带技术在时间上早于螺旋扫描记录技术十多年。在使用线性记录技术时，磁带被安装在两个磁带轴上，通过磁带轴的转动使磁带高速经过磁头。今天，线性技术已经成为非常流行的技术，并对螺旋扫描技术发起了挑战。

　　写后读技术被广泛地应用在线性磁带中。利用隔开一小段距离的写磁头和读磁头，完成先写后读的操作。读磁头读取写磁头刚刚写入的数据，以保证数据完整地写到磁带上。错误处理的方式与螺旋扫描使用的方式相似。

　　记录介质、磁头设计和固件上的改进，使线性技术超越了每条磁带36条磁轨的人为限制。这就使蛇形记录成为可能。在使用蛇形记录技术时，磁带机先沿整条磁带写入一个磁轨集后，再重新定位磁头；然后反方向再沿整个磁带写入另一个磁轨集。线性技术可以在一条磁带上这样写52遍，写入208条磁轨。利用这种方法，可以增加记录密度。但是，即使利用这种技术，与螺旋扫描相比，数据密度仍很有限。

　　数据磁轨之间的距离越小，磁轨之间串音的可能性就越高。dlt7000磁带机针对这一问题采用轻微地旋转磁头的方法，产生一个有角度的写形式，类似人字形或v形。这种形式与螺旋扫描驱动器的写形式非常相似。

　　磁头对磁带的精确校准，尤其在磁轨的数量不断增加的情况下，对磁带驱动器设计者一直是一个挑战。用于校准磁头与磁带位置的伺服器已经成为了当今和下一代线性驱动器的通用特性。线性记录已经成为一种成功的产品，并且已在许多应用中取代了螺旋磁带驱动器。不过，事物是在不断变化的，三十年河东，三十年河西。


　　提高8毫米传输速率


　　在过去的五年中，螺旋扫描驱动器的性能已经滞后于线性驱动器。例如，dlt7000磁带的传输速率为5mb／s，而mammoth 1和ait磁带驱动器只具有3mb／s的传输速率。通过增加更多的并行磁带通道，线性磁带驱动器上的传输速率一直不断地改进。例如，dlt7000使用了四条磁轨达到了5mb／s，而螺旋扫描驱动器不能超过两条通道的限制。

　　以前，螺旋扫描设计上的部分限制是由于它们与用于消费类视频技术之间存在过近关系。mammoth是第一种与基于消费用8毫米设计脱钩的8毫米驱动器。这项技术在1996年推出。该解决方案特别定位于满足企业数据存储需要。工业化的机芯设计利用轴对轴伺服系统取代了早期设计中造成很多麻烦的绞盘和压紧导辊。这有助于取得精确的磁带速度，实现准确的张力控制。

　　螺旋扫描技术方面两项最新的进展克服了8毫米螺旋扫描驱动器在传输速率上的限制。这两项改进将成为安百特（exabyte）下一代驱动器必不可少的部分。下一代驱动器性能将增至四倍，存储容量将增至三倍。

　　边写边读和加电转子这两项技术消除了以前制约传输速率和数据密度的限制。这些限制曾使螺旋扫描的传输速率和数据密度低于线性磁带技术。这两种新技术结合的结果是，现可以在磁鼓上（扫描器）安装更多的磁头（大大多于以前螺旋扫描可能安装的磁头数量），实现更高的传输率并增加了密度。

　　在未来的产品中，我们可以在扫描器上安装8个通道（16个磁头）。在使用8个通道时，系统可以达到超过100mb／s的传输速率。最新一代的扫描器，其设计将读／写电器件集成到扫描仪（带电转子）上，缩短了电子器件与磁头的距离，同时提高了驱动器的性能和可靠性。

　　mammoth 2的设计在其它许多方面超过了线性磁带。定义性能两个主要因素：一是磁头对磁带的速度；二是螺旋扫描驱动器可以方便地升级。为使螺旋扫描驱动器增加磁头对磁带的速度，扫描器应当更快地旋转。

　　与此相比，线性驱动器已接近磁带运动的极限。例如，目前的线性磁带驱动器耗电约为35瓦。将磁带的速度提高一倍，会使耗电达到60至65瓦，产生的烤箱效应足以烤熟磁带和驱动器。靠线性驱动器以更高速的磁带运动使性能得到改进是不可能的。相反，螺旋扫描驱动器速度的提高，相应的耗电增加仅为不到1瓦。因此，对螺旋扫描技术来说，增加扫描器马达速度耗电将从12瓦升至12．5瓦。

　　此外，螺旋磁带密度比线性磁带的密度更高。螺旋扫描磁轨在实时伺服控制下写磁轨的偏差为0．2微米，而线性磁轨偏差为10微米。事实上，螺旋驱动器可以在3微米宽的磁轨上进行读写。这样细的磁轨尺寸对线性磁带驱动器几乎是不可能的，其原因是线性蛇形记录本身固有的容错问题。

　　至于容量，最大的线性磁带驱动器的存储容量要比8毫米磁带高，这已是公认的事实了。这主要是由于在磁带盒中使用了五倍的磁带。老实说，与dlt相比较，8毫米磁带的格式（它的磁带盒和磁带都比较小）可以被认为每盒磁带的容量受到了限制。但是，如果mammoth与dlt有同样多的磁带的话，那么，目前它的容量可以达到100gb。

　　然而，部分是由于磁带盒较小的原因，同样更紧凑的磁带机也是可能做到的。换句话说，在相同空间里，可以比dlt驱动器和磁带放入更多的8毫米驱动器和磁带。此外，较小的磁带盒使8毫米驱动器可以具有更快的文件访问时间，因而对数据的访问也更快。

　　如果我们将线性和螺旋磁带并排放在一起比较的话，这两种技术一些有趣的方面就会变得非常明显。在安百特（exabyte）公司的磁带库解决方案中，在同样大小的机箱内既可采用mammoth，也可采用dlt。dlt库提供了30mb／s的性能和6．3tb的容量。相比之下，8毫米库也提供了同样的30mb／s的传输速率，但可以多存储1．7tb的数据，即总存储量为8tb。

　　在过去的几年里，8毫米技术已经得到了改进，它所具有的传输速率与竞争对手线性技术一样好，或许甚至更好。这些改进包括工业强度的机械和创新的工程上的进步，使采用最多8个磁头成为可能。通过增加磁带对磁头的速度来进一步提高传输速率可以方便地利用mammoth技术实现，而这种改进对于线性驱动技术而言将越来越困难。