Almacenamiento óptico

El almacenamiento óptico es una clase de sistemas de almacenamiento de datos que utilizan luz para leer o escribir datos en un soporte óptico subyacente . Aunque se han utilizado varios formatos ópticos a lo largo del tiempo, los ejemplos más comunes son los discos ópticos como el disco compacto (CD) y el disco versátil digital (DVD). Los métodos de lectura y escritura también han variado con el tiempo, pero la mayoría de los sistemas modernos a partir de 2023Utilizan láseres como fuente de luz y los usan tanto para leer como para escribir en los discos. ^{[ 1 ]} Britannica señala que "utiliza haces láser de baja potencia para grabar y recuperar datos digitales (binarios)". ^{[ 2 ] [ 3 ]}

El almacenamiento óptico consiste en guardar datos en un soporte legible ópticamente. Los datos se graban marcando un patrón que se puede leer mediante luz, generalmente un haz láser enfocado con precisión sobre un disco óptico giratorio . Un ejemplo antiguo de almacenamiento óptico que no requiere el uso de ordenadores es la microficha . Existen otros medios para almacenar datos ópticamente y se están desarrollando nuevos métodos. Una unidad de disco óptico es un dispositivo en un ordenador que puede leer CD-ROM u otros discos ópticos , como DVD y discos Blu-ray . El almacenamiento óptico se diferencia de otras técnicas de almacenamiento de datos que utilizan otras tecnologías, como el magnetismo (por ejemplo, disquetes y discos duros ) o los semiconductores (por ejemplo, memoria flash ).

El almacenamiento óptico en forma de discos permite grabar en un disco compacto en tiempo real. Los discos compactos presentaban muchas ventajas sobre los reproductores de cintas de audio , como una mayor calidad de sonido y la capacidad de reproducir sonido digital. ^{[ 4 ]} El almacenamiento óptico también cobró importancia por sus cualidades ecológicas y su eficiencia con alto consumo de energía. ^{[ 5 ]}

El almacenamiento óptico puede abarcar desde una sola unidad que lee un solo CD-ROM hasta varias unidades que leen varios discos, como un reproductor óptico de discos . Los CD individuales ( discos compactos ) pueden almacenar alrededor de 700 MB ( megabytes ) y los reproductores ópticos de discos pueden almacenar mucho más. Los DVD de una sola capa pueden almacenar 4,7 GB, mientras que los de doble capa pueden almacenar 8,5 GB. Esto se puede duplicar a 9,4 GB y 17 GB haciendo que los DVD sean de doble cara, con superficies legibles en ambos lados del disco. Los HD DVD podían almacenar 15 GB con una sola capa y 30 GB con una doble capa. Los discos Blu-ray, que ganaron la guerra de formatos ópticos de HDTV al derrotar a los HD DVD, pueden almacenar 25 GB para una sola capa, 50 GB para doble capa y hasta 128 GB para discos de cuatro capas. El almacenamiento óptico incluye CD y DVD.

IBM fue líder en el desarrollo de sistemas de almacenamiento óptico durante gran parte de la historia temprana de la computación. En 1959, instalaron el Traductor Automático de Idiomas , que utilizaba un disco óptico que contenía 170.000 palabras y frases en ruso y sus traducciones al inglés. ^{[ 6 ]} En 1961/2, introdujeron el IBM 1360 , que utilizaba pequeñas diapositivas fotográficas que se leían mediante una lámpara incandescente convencional como fuente de luz y una fotocélula como detector. Un sistema separado escribía datos en las diapositivas mediante un cañón de electrones , lo que lo convertía en un sistema de lectura/escritura. Completamente expandido, el 1360 podía almacenar aproximadamente medio terabit de datos y permitía el acceso semialeatorio. ^{[ 7 ]} Un sistema similar de terceros fue el Foto-Mem FM 390 .

Diversas formas de soportes ópticos, principalmente discos, compitieron con la grabación magnética durante la mayor parte de las décadas de 1960 y 1970, pero nunca llegaron a generalizarse. La introducción de los láseres semiconductores proporcionó la tecnología necesaria para que el almacenamiento óptico fuera más práctico, tanto en términos de densidad de almacenamiento como de coste. Los precios bajaron hasta el punto de que pudieron utilizarse en productos de consumo, lo que llevó a la introducción del formato analógico LaserDisc en 1978. A esto le siguió, en agosto de 1982, la introducción del CD de audio/música digital , ^{[ 8 ]} lo que pronto impulsó un esfuerzo por estandarizar la grabación de datos en este soporte. Esto se presentó en 1985 como el "Libro Amarillo" , que posteriormente se conoció como CD-ROM . ^{[ 9 ]}

En 1983, Philips presentó su trabajo inicial sobre tecnología de unidades magnetoópticas en una conferencia de la industria. Esta tecnología utilizaba un láser para calentar el medio de almacenamiento, haciéndolo susceptible a los campos magnéticos , y un electroimán, similar al de un disco duro , para escribir datos realineando el material interno. Funcionaba como una unidad óptica convencional durante la lectura, con el láser operando a niveles de energía más bajos, demasiado bajos para calentar el disco. Durante un tiempo, circularon rumores de que IBM usaría esta tecnología en futuras versiones del IBM PC , ^{[ 10 ]} pero nunca se concretó. Canon presentó una versión empaquetada en una carcasa similar a las utilizadas para el disquete de 3,5 pulgadas . Presentada en 1985, no tuvo aplicaciones importantes hasta 1988, cuando se convirtió en la pieza central del NeXT Computer . ^{[ 11 ]} Se introdujeron variaciones de este diseño durante la década de 1990, pero nunca se popularizó fuera de Japón, aunque el formato MiniDisc de Sony tuvo cierto éxito. ^{[ 12 ]}

En 1988, el "Libro Naranja" añadió un formato de escritura única, CD-WO, al formato CD existente. El soporte era compatible con las unidades de CD existentes, lo que permitía grabar música y datos y luego leerlos en cualquier unidad existente. Con el tiempo, esto se conoció como CD-R . ^{[ 9 ]} En 1990, el Libro Naranja añadió versiones regrabables magnetoópticas del formato físico CD, CD-MO , que se diferenciaban de los sistemas MO anteriores principalmente en que el disco no estaba encerrado en una funda. Este formato tuvo poco uso. Las continuas mejoras en las unidades y los soportes llevaron a la adición en 1997 del formato CD-RW , que permitía escribir, borrar y reescribir discos. Este formato es incompatible con las unidades de CD más antiguas, como CD-R, pero las unidades de solo lectura capaces de leer CD-RW se hicieron comunes en la década de 2000 a medida que el uso de CD-RW se generalizó.

Los medios ópticos dieron otro gran paso con la introducción del DVD en 1996, que fue para el vídeo lo que el CD fue para la música. Originalmente conocido como "disco de vídeo digital", el nombre cambió antes de su lanzamiento a "disco versátil digital" para indicar que también era útil para el almacenamiento en ordenadores. ^{[ 13 ]} Con el tiempo, los DVD siguieron un patrón similar al de los CD; Pioneer introdujo un formato de escritura única en 1997 que podía leerse en las unidades de DVD existentes, el DVD-R . ^{[ 14 ]} Pero un segundo formato de escritura única surgió en 2002, el DVD+R , lo que dio lugar a una breve guerra de formatos antes de que las unidades de doble formato se generalizaran. Un formato de lectura y escritura, el DVD-RW , se introdujo en 1999, pero al igual que los CD anteriores, no podía leerse en las unidades de DVD "normales". Con el tiempo, las mejoras permitieron que la mayoría de las unidades de DVD más recientes pudieran leer cualquiera de estos medios. ^{[ 15 ]}

Otra mejora técnica durante esta época fue la introducción de láseres semiconductores de mayor frecuencia que operaban en el espectro azul y ultravioleta cercano. Estas longitudes de onda más cortas, combinadas con mejoras en los medios subyacentes, permitieron almacenar muchos más datos en un disco. Con la introducción generalizada de la televisión de alta definición a principios de la década de 2000, la necesidad de un medio capaz de almacenar los archivos de vídeo de mayor resolución, mucho más grandes, se convirtió en un problema, ^{[ 16 ]} lo que llevó a dos estándares competidores, HD DVD y Blu-ray . El primero podía producirse en el equipo de producción de DVD existente, pero (inicialmente) ofrecía formatos de vídeo de menor resolución (y menor capacidad de almacenamiento de datos), mientras que el segundo requería un nuevo equipo de producción, pero ofrecía compatibilidad con 1080p . Con el tiempo, Blu-ray ganó la guerra de formatos de discos ópticos de alta definición resultante , y Toshiba anunció su retirada de HD DVD el 19 de febrero de 2008. Esto resultó ser una victoria pírrica, ya que el mercado se movió rápidamente hacia los servicios de streaming . El Blu-ray sigue siendo la opción preferida frente a los servicios de streaming por sus cualidades técnicas, pero su cuota de mercado es mínima a partir de 2023.. ^{[ 17 ]}

A partir de 2023Blu-ray es el último formato óptico importante en alcanzar un uso generalizado. La velocidad cada vez mayor de internet de banda ancha ha reemplazado muchas de sus funciones como medio de distribución de contenido multimedia y videojuegos, y la rápida caída de los precios de la memoria flash durante la década de 2010 hizo lo mismo en su función de archivo con formatos de lectura y escritura. Se han propuesto varias tecnologías nuevas como base para un nuevo estándar óptico, pero no han tenido una adopción generalizada. Estas incluyen:

• El disco holográfico versátil (HVD) se introdujo en 2003, pero aún no se utiliza comercialmente.
• láseres ultravioleta de 210 nanómetros que duplicarían aproximadamente la densidad ^{[ 18 ]}
• Almacenamiento óptico de datos 3D , que tiene múltiples capas de soporte y, por lo tanto, almacena múltiplos de la capacidad de Blu-ray.
• Almacenamiento óptico de datos 5D , que está dirigido principalmente al almacenamiento de datos a largo plazo del orden de miles de años.
• Óptica de campo cercano
• Óptica de inmersión sólida (que permite una apertura numérica extremadamente alta ).
• Discos que utilizan longitudes de onda muy cortas , como rayos UV o rayos X.
• Discos de selección de capas ( LS-R ).
• Tecnología multinivel .
• Las formas complejas de los fosos permiten almacenar múltiples canales en una sola vía.
• Técnicas de multiplexación por longitud de onda .

La Optical Storage Technology Association ( OSTA ) fue una asociación comercial internacional creada para promover el uso de tecnologías y productos de almacenamiento óptico de datos grabables.

• Preservación de medios ópticos
• Almacenamiento óptico de datos 5D (un método de almacenamiento óptico que utiliza tecnología similar a la empleada en Bubblegrams ).