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Optischer Datenspeicher
Als optischer Datenspeicher werden auswechselbare Massenspeicher bezeichnet, die durch optische Abtastung (meist mittels Laser) gelesen oder beschrieben werden.
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Begriff und Funktionsweise
Optische Datenspeicher sind auswechselbare Massenspeicher, deren Daten durch optische Abtastung, meist mit einem Laser, gelesen oder beschrieben werden. Gemeint sind vor allem optische Platten; Entwicklungen optischer Bänder werden nicht behandelt.
Zu den bekanntesten Medien gehören die CD-ROM, die sich seit etwa 1981 nennenswert verbreitete, sowie ihre Weiterentwicklungen DVD seit etwa 1996 und Blu-ray Disc seit etwa 2007. Daneben gab es weitere, praktisch weniger bedeutende Medien sowie die Hybridform Magneto-Optical Disc. Nur einmal beschreibbare Medien heißen WORM: „write once, read many“, auf Deutsch „einmal schreiben, vielfach lesen“. Sie dienen der Archivierung digitaler Informationen.
Optische Datenträger können wasserdicht sein; Wasser lässt die gespeicherten Daten daher unversehrt. Gegenüber Festplatten sind sie nicht von mechanischem Versagen eines Magnetkopfes betroffen, gegenüber Flash-Speichern nicht vom Versagen von Schaltkreisen. Sie altern jedoch natürlich und ihre Oberfläche ist kratzempfindlich. Bei einem Defekt des optischen Laufwerks bleibt die Datenscheibe unversehrt. Digitale Fehlerkorrektur kann die Datenkonsistenz bei mäßigen Oberflächenkratzern vollständig bewahren. Medien mit höherer Datendichte, etwa Blu-ray Discs, haben eine entsprechend höhere Fehlertoleranz.
Grundformate und Beschreibbarkeit
Die drei grundlegenden Plattenformate sind CD, DVD und BD. Die CD war ursprünglich für Audio vorgesehen und hat 0,7 GB Kapazität. Nicht beschreibbare Varianten sind CD-DA für Audio und CD-ROM für Daten; CD-R ist einmal beschreibbar, CD-RW wiederbeschreibbar. Eine RAM-Version und eine größere CD-Version sind nicht angegeben.
Die DVD war ursprünglich für Video vorgesehen und speichert 4,7 GB. Zu den nicht beschreibbaren Varianten zählen DVD-Video, DVD-Audio und DVD-ROM. DVD+R und DVD-R sind einmal beschreibbar, DVD+RW und DVD-RW wiederbeschreibbar, DVD-RAM ist die RAM-Version. Als größere Varianten gibt es DL mit 8,5 GB sowie den DL Flipper mit 2 × 8,5 GB.
Die BD wurde für HD-Video entwickelt und hat 25 GB. BD-ROM ist nicht beschreibbar, BD-R einmal beschreibbar und BD-RE wiederbeschreibbar. Größere Varianten sind DL mit 50 GB und BDXL mit 100–128 GB.
Weitere optische Datenspeicher
Die Übersicht enthält ältere, spezialisierte und teils experimentelle Formate. Beispiele sind Laserdisc mit 300 MB (1971–2001), WORM-Disk mit 0,2–6,0 GB (1979–1984), MiniDisc mit 140 MB (seit 1989), Magneto Optical Disc mit 0,1–16,7 GB (seit 1990) und DVD mit 4,7–17 GB (seit 1995).
Weitere Formate sind unter anderem GD-ROM mit 1,2 GB seit 1997, DataPlay mit 500 MB von 1999–2006, Ultra Density Optical mit 30–60 GB seit 2000, HD DVD mit 15–51 GB von 2002–2008 sowie Professional Disc mit 23–128 GB seit 2003. Bei einigen werden experimentelle Kapazitäten genannt: Fluorescent Multilayer Disc 50–140 GB, VMD 100 GB, Hyper CD-ROM 100 EB, HD DVD 1 TB, Blu-ray Disc 400 GB, BDXL 1 TB, MODS-Disc 250 GB–1 TB, HVD 3,9 TB und Protein-coated Disc 50 TB.
Neuere Archiv- und Videoformate sind M-DISC mit 4,7 GB im DVD-Format, 25 GB im Blu-Ray-Format und 100 GB als Blu-ray BD-R XL (seit 2009), Archival Disc mit 0,3–1 TB (seit 2014) sowie Ultra HD Blu-ray mit 50 GB, 66 GB, 100 GB oder 128 GB (seit 2015).
Technische Entwicklung und Medienvergleich
Die Vergleichstabelle stellt CD, DVD, HD DVD, Blu-ray Disc und Ultra HD Blu-ray gegenüber. Die Markteinführung wird für CD mit 1982, DVD mit 1996, HD DVD mit 2005, Blu-ray Disc mit 2006 und Ultra HD Blu-ray mit 2015 angegeben. CD, DVD, Blu-ray Disc und Ultra HD Blu-ray sind noch erhältlich; HD DVD ist bereits eingestellt.
Die Speicherkapazität beträgt bei CD 540–900 MB, bei DVD 4,7/8,5 GB für SL/DL und bei HD DVD 15/30/51 GB. Blu-ray Disc erreicht 25/50 GB sowie 66/100 GB und 128/200 GB; Ultra HD Blu-ray -/50 GB, -/60/100 GB und -/-/-/128 GB. SL, DL, TL und QL bezeichnen dabei die in der Tabelle verwendeten Varianten.
Mit den neueren Formaten verkürzen sich Laser-Wellenlänge, Fokusdurchmesser und Spurabstand: CD verwendet 780 nm nahes Infrarot, DVD 650 nm Rot und HD DVD, Blu-ray Disc sowie Ultra HD Blu-ray 405 nm Violett. Die numerische Apertur steigt von 0,45 bei CD über 0,60 bei DVD und 0,65 bei HD DVD auf 0,85 bei Blu-ray Disc und Ultra HD Blu-ray. Der Fokusdurchmesser sinkt von 650 nm bei CD auf 542 nm, 312 nm und 238 nm; der Spurabstand von 1,60 µm auf 0,74 µm, 0,40 µm und 0,32 µm.
Die Datenrate bei 1× beträgt bei CD 1,228 MBit/s für Daten und 1,411 MBit/s für PCM-Audio, bei DVD 11,08 MBit/s, bei HD DVD 36,55 MBit/s, bei Blu-ray Disc 36 MBit/s und bei Ultra HD Blu-ray 72–144 Mbit/s. Als maximale Videoauflösung nennt die Tabelle für CD 480 × 576 (PAL) beziehungsweise 480 × 480 (NTSC), für DVD 720 × 576 (PAL) beziehungsweise 720 × 480 (NTSC), für HD DVD 1920 × 1080 (Full HD) und für Blu-ray Disc 3840 × 2160 (Ultra HD). H.265/HEVC ist nur für Ultra HD Blu-ray angegeben. Alle Formate unterstützen Linear PCM; die übrigen genannten Video- und Audio-Codecs unterscheiden sich je nach Medium. Als DRM sind keine Schutzmaßnahme bei CD, CSS bei DVD, AACS bei HD DVD und Ultra HD Blu-ray sowie AACS / BD+ bei Blu-ray Disc angegeben. Die Datenblockgröße beträgt 2048 Byte.
Vorteile, Nachteile und frühe Entwicklung
Vorteile optischer Datenträger sind die geringe Abnutzung durch berührungsloses Lesen und geringe Medienkosten.
Nachteile sind die begrenzte zeitliche Haltbarkeit einiger beschreibbarer und wiederbeschreibbarer Medien, besonders CD-R, CD-RW, DVD±R und DVD±RW. Unsachgemäße Lagerung kann Probleme beim Lesen verursachen. Wiederbeschreibbare Medien erlauben nur eine begrenzte Zahl von Schreibzyklen: DVD-RAM maximal 1.000.000, andere CD/DVD-Formate maximal 1.000, in der Realität meist deutlich weniger. Optische Disks sind langsamer als typische Festplattenlaufwerke und deutlich langsamer als SSDs.
1967 wurde Foto-Mem gegründet, um Massenspeicher für Computer zu entwickeln, die Daten nicht magnetisch auf Trommeln, Bändern oder Platten, sondern auf optischen Medien speichern. Anfang der 1970er Jahre verkaufte das Unternehmen ein FM-360-System an die New York Times zur Archivierung alter Ausgaben. Foto-Mem ging 1973 Konkurs, nachdem das Geld ausgegangen war, ohne jemals ein vollständig funktionierendes Gerät installiert zu haben.
