IBMs stora, dåliga bitstoppare

Bob Fontana, forskningsmedlem vid IBM:s Almaden Research Center i San Jose, Kalifornien, skämtar bara till hälften när han säger att Silicon Valley borde ha hetat Iron Oxide Valley. Eller till och med Rust Valley. För för Fontana är det järnoxid - det ursprungliga materialet som används för att täcka skivenheterna som lagrar magnetiska bitar av information - som drev tillväxten av Silicon Valley.

Naturligtvis kan han vara lite partisk. IBM uppfann diskenheten i San Jose 1956, när denna del av världen var mer känd för körsbärsträdgårdar än industriparker. Sedan dess har Almaden-forskare upprepade gånger slagit rekordet för hur mycket data som kan lagras på en disk. De var upp till sina gamla knep igen i december förra året, när Fontana och hans kollegor klämde mer än 11 ​​miljarder bitar (gigabit) på en enda kvadrattum av magnetiskt material. Det mer än fördubblade det tidigare rekordet på 5 miljarder bitar per kvadrattum, som sattes i samma labb bara ett år tidigare. Hur mycket är 11 miljarder bitar? Det motsvarar ungefär 725 000 sidor av text med dubbla avstånd, vilket skulle hamna högre än en 18-våningsbyggnad. På alla sätt var detta en stor vetenskaplig bedrift.

Den här historien var en del av vårt julinummer 1998

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Detta språng har haft en dramatisk effekt på vad persondatorer kan göra. Det är dessa hårddiskar med enorm kapacitet som har gjort det praktiskt för datoranvändare att till exempel ha stora mängder extremt sofistikerad programvara på sina maskiner. Stora hårddiskar har också främjat förvandlingen av datoranvändning från en textaktivitet till en fylld med bilder och ljud. Dessutom belyser hur diskdriveprojektet hanteras ett försök från IBM att koppla ihop grundforskning till produktutveckling i innovationens tjänst.

Almadens prestationer är vid det här laget så väl accepterade i datorvärlden att tillkännagivandet i december av ännu ett nytt rekord inte skapade stora rubriker. Till och med konkurrenterna ryckte på axlarna. Alla i publiken sa, visst, det är vad vi har väntat på att höra, säger Gordon Knight, teknisk chef för TeraStor, en Silicon Valley-startup som förespråkar en annan typ av lagringsteknologi än IBMs. Men under denna lugna yta av uppfyllda förväntningar döljer sig en överraskande historia.

Fyller en Hall of Fame

Världen var inte alltid så nonchalant om IBM:s genombrott. Trots allt skulle magnetisk lagring vara död vid det här laget, ersatt av optiska lagringsenheter eller någon annan teknik. Till och med IBM trodde det: 1970 publicerade en forskare från IBM ett dokument som bevisade att tekniken aldrig skulle gå längre än 200 megabit per kvadrattum.

Men istället för att tro på företagets egna experter, toppade teamet på Almaden den ena förutsedda gränsen för magnetisk lagring efter den andra. De upptäckte tekniska lösningar för vad som en gång ansågs vara hårda fysiska gränser. År 1989 packade Almaden-labbet 1 gigabit per kvadrattum. Under de följande åren har Almaden höjt föresatsen och visat tätheter på 3, 5 och nu 11,6 gigabit per kvadrattum. Marknaden har börjat ta för givet att magnetisk lagringskapacitet kommer att fördubblas var 18:e månad, efter ungefär samma febriga takt som halvledarindustrin har satt. Den stora nyheten blir när IBM saktar ner.

Prata med Currie Munce, chef för lagringssystem och teknologi på Almaden, och han kommer att klaga på att magnetiska lagringsforskare är informationsålderns obesjungna hjältar. Precis som alla andra på Almaden tycker Munce om att evangelisera om lagring: Vi försöker flytta saker mekaniskt över millimeteravstånd på millisekunder och få dem att sätta sig inom tiondelar av mikron på banan, säger han. Det är stor vetenskap.

Ett besök i ett särskilt rum på Almaden visar hur långt IBM har sprungit med tekniken. På ena väggen hänger en enda rostig tallrik från originalet från 1956 som stolt visas som en rockstjärna kan visa upp en platinaskiva. Redan 1956 var IBM:s hårddiskar lådor i kylskåpsstorlek som rymde bara 5 megabyte, på 24 tallrikar, var och en 2 fot i diameter. Idag levererar företaget en standard PC-enhet som rymmer mer än 16 gigabyte, ungefär 3 000 gånger kapaciteten från originalprodukten. Lägg dock 1956-enheten och 1998-enheten sida vid sida, och de ser likadana ut förutom skalan. Dave Thompson, chef för Almadens Advanced Magnetic Storage Recording Laboratory, säger att uppfinnarna av den ursprungliga hårddisken kunde gå in i hans labb idag och veta exakt vad som pågick.

Lagringstätheten beror på storleken på den magnetiska biten: den del av diskfastigheten som ges en speciell magnetisk orientering - norr eller söder - för att representera en binär etta eller noll. På den mest elementära nivån är målet enkelt: Krymp bitarna och du utökar lagringskapaciteten. Men mindre bitar utstrålar mindre magnetiska fält, vilket i sin tur kräver att läshuvudet placeras - enheten som känner av dessa fält och omvandlar dem till elektriska signaler - närmare den snurrande skivytan.

Om och om igen har krympningen av tekniken tvingat utvecklare av hårddiskar att konfrontera fysiska gränser som först verkade vara oöverstigliga. Till exempel åker huvudet på en luftkudde som skapas av den snurrande skivan. Konventionell visdom ansåg att om huvudet förs för nära ytan skulle luftmolekylerna klämmas in i ett utrymme så litet att stödkudden skulle försvinna. Det fanns mycket matematik för att backa upp dessa slutsatser, säger Barry Schechtman, verkställande direktör för National Storage Industry Consortium (NSIC), ett koncerninternt konsortium av lagringstillverkare som finansierar grundforskning vid flera universitet. Den lyckliga verkligheten var dock att denna teori inte var sann. Naturen visade sig vara smartare än våra ekvationer, som behövde modifieras, säger Schechtman.

Att tänka om forskning

Almadens dramatiska framsteg inom magnetisk inspelning är desto mer anmärkningsvärd när man tänker på dess institutionella historia. I början av 1980-talet hade IBM:s forskningsavdelning ett rykte om att utföra briljant arbete som hade liten relevans för företagets verksamhet. Och även när labben gjorde resultat som hade kommersiella implikationer, fumlades ofta överlämnandet till produktgrupper, vilket gjorde att andra företag kunde dra nytta av IBM:s forskningsgenombrott innan IBM gjorde det. År 1981 hade IBM fallit så ur kontakt med marknaden att Big Blue var tvungen att klippa ihop sina första datorer av komponenter, inklusive diskenheter som tillverkats av andra företag.

Själva Almaden-byggnaden är en återgång till det förflutnas stora forskningslaboratorier, omgiven av tomma fastigheter till ett värde av hundratals miljoner dollar, där det enda ljudet är vinden som sveper över Santa Teresa-foten. Almaden, som skapades i slutet av 1970-talet när IBM hade pengar att bränna, skulle vara en uppvisningsinstitution för ren forskning i nivå med AT&T:s Bell Labs, Xerox Palo Alto Research Center och IBM:s egen forskningsanläggning i Yorktown Heights, NY. byggnaden stod klar 1985, men klimatet för företagens FoU hade förändrats. Den nya vd:n John Akers – en man som gillade att använda ord som kostnadsbegränsning och effektivisering när han beskrev IBM:s uppdrag lekte med tanken att avveckla forskningsavdelningen helt och hållet och sprida sina anställda i olika produktgrupper.

Ut ur elfenbenstornet

1-gigabit-utmaningen var katalysatorn för andra djupa förändringar som förde forskarna vid Almaden ut ur sitt elfenbenstorn och in i den verkliga världen av vinster och förluster. Almaden började göra regelbundet gemensamt utvecklingsarbete med IBMs Storage Systems Division, produktgruppen nerför backen. Snart kom en tredjedel av Almadens forskningsbudget från produktdivisionen. Munce anser att finansieringskvoten ger forskargruppen tydlighet utan att kompromissa med oberoendet.

Finansieringsförändringen har också skapat ett nytt sätt att tänka kring innovation, säger Munce. För tio år sedan var inställningen här: om jag inte uppfann det vill jag inte jobba på det, för jag kommer inte att få kredit för det, förklarar han. Idag försöker vi säga: Om du uppfinner det i labbet, eller om du är den första som tar det ur någon annans labb och gör det relevant, bryr vi oss inte.

Munce har en gemensam chefsposition som rapporterar till både forsknings- och produktdivisionerna. Det var en position som skapades i början av 1990-talet för att göra banden mellan de två grupperna ännu närmare. Han sitter med i produktdivisionernas möten och försöker sedan ta reda på vilken forskning som behövs för att tjäna deras uppdrag. Med sin forskningshat på sig är hans jobb att påverka IBM:s produktdivisioner att gå i riktningar som drar fördel av det arbete som kommer ut från labben. Mitt jobb är egentligen att hantera innovation, säger han. Vi måste vara åtskilda så att vi kan förnya, skapa och motivera människor att göra bra forskning. Men vi måste vara uppkopplade för att få ut tekniken på marknaden.

Ett grafiskt exempel på hur långt forskargruppen har utvecklats från den ursprungliga visionen för Almaden är själva Advanced Magnetic Recording Laboratory. Labbet, designat av forskningspersonalen Fontana, bemannas gemensamt av forsknings- och produktgrupper. Två år efter att Almaden först öppnade sina dörrar övertygade Fontana sina chefer att slita magen ur ena vingen på första våningen. Denna renovering gav honom ett 5 000 kvadratmeter stort labb för att göra prototyparbete - den typ av arbete som brukade utföras av IBM:s produktingenjörer istället för dess forskarpersonal. Detta labb tillhandahåller faciliteter för att snabbt bygga komponenter, vilket gör det möjligt för forskarna på övervåningen – specialister inom läshuvuden, skrivhuvuden, materialvetenskap och andra områden som är viktiga för diskenhetsteknik – att testa om deras innovationer skulle fungera tillsammans.

Dölj