Les technologies clés

* Technologies de l'information et de la communication

Mémoires de masse
(optiques et magnétiques)

Fiche Technologie-clé n : 54

VERSION 3

Présentation de la technologie

*Définition

Les mémoires de masse sont des dispositifs ou supports permettant d'effectuer une ou plusieurs actions -. enregistrement (écriture), conservation (mémorisation), effacement, restitution (lecture) sur des quantités importantes d'informations qui peuvent être des textes, des graphiques, des sons, des images fixes ou animées.

On parle de mémoire de masse à partir d'une capacité de stockage de quelques millions d'octets (Mo). Pour mémoire, 1 000 pages de texte représentent 5,5 Mo, une heure de son numérique à qualité CD 520 Mo et une heure de vidéo numérique de bonne qualité compressée en MPEG2 3,5 Gigaoctets (Go).

*Techniques mises en oeuvre

On distingue trois grands modes d'enregistrement :

  1. Les techniques magnétiques reposent sur le principe de l'aimantation d'une couche magnétique reposant sur un support qui enregistre l'information par l'intermédiaire d'une tête magnétique. La lecture se fait par des têtes de lecture utilisant les mêmes technologies. Les principaux systèmes existants sont les bandes magnétiques audio (DAT), vidéo (VHS, 8mm, DVC, Betacam, Dl, D2, D3, ... ) ou informatiques (8mm) et les disques magnétiques utilisés principalement en informatique.

    Le magnétoscope numérique grand public (DVC), basé sur cette technologie est en cours de lancement sur le marché.

  2. Les techniques optiques reposent sur la gravure des informations sur une surface (disque) par une modification physique de la couche d'enregistrement et sur la lecture par un système optique (rayon laser). Il existe une variété très grande de disques que l'on peut néanmoins classer en deux grandes catégories : ceux qui s'apparentent au standard CD (compact disc) et les autres.

    La famille des CD repose sur la base commune d'un disque de 12 cm de diamètre sur lequel les informations enregistrées lors du pressage et ne sont pas effaçables et réenregistrables. Elle comprend les CD audio (CD-DA), photo CD, CD vidéo (CDV), CD interactif (CDI) et CDROM, CDROM-XA (informatique). Ils sont essentiellement utilisés comme support pour de la diffusion de données pré-enregistrées. Le DVD (Digital Vidéo Disk) fait partie de cette famille.

    Les autres sont les disques optiques numériques (DON), les disques WORM (Write Once Read Many). Les formats sont très divers (9, 13, 30 cm de diamètre). Ils sont réinscriptibles et en général, l'information est enregistrée par l'utilisateur final. Ils sont utilisés comme support de collecte et conservation de données.

  3. les mémoires à l'état solide ou sur circuits intégrés qui se répartissent en RAM (Random Access Memory) sur lesquelles on peut lire et écrire et les ROM (Read Only Memory) sur lesquelles on ne peut que lire des informations précédemment enregistrées. Compte tenu des faibles capacités de stockage, on ne peut pas classer ce type de mémoire dans les mémoires de masse.

    L'information est codée essentiellement sous forme numérique et peut l'être également sous forme analogique (bande magnétique, vidéodisque).

    Les moyens de stockage s'avèrent être extrêmement divers. Chacun correspond à des supports et des systèmes de lecture spécifiques développés pour répondre à des applications différentes. Ces différents formats se caractérisent principalement par leurs performances en termes de capacité de stockage, rythme de transfert, temps d'accès à l'information, coût de l'élément stocké, durée de vie.

    La bande magnétique fournit une grande capacité de stockage : de 10 à 300 Go et des débits de transfert élevés de 5 à 60 Mo/s, à un coût faible de 6 à 20 F par Go. En revanche, les temps d'accès sont longs, la durée de vie des têtes de lecture faible et la bande s'use très vite.

    Le disque magnétique combine un accès aléatoire rapide avec une grande capacité de stockage ; c'est le support sur lequel la densité des informations est la plus élevée. L'utilisation simultanée de plusieurs têtes de lecture permet d'améliorer le temps d'accès et le rythme de transfert. En revanche, c'est un support coûteux : 1500 F le Go et qui n'est pas amovible.

    Le disque optique compact a une capacité de 0,65 Go, ce qui limite ses applications dans le domaine de la vidéo. L'accès à l'information est très rapide et le coût de fabrication en grande série est faible. Il ne peut être utilisé qu'en lecture.

    Le DVD est un nouveau disque optique au format CD (12 cm) qui atteint des capacités de stockage élevées (5 Go en simple face, simple couche, 18 Go en double face double couche, avec des versions intermédiaires). Il s'agit d'un standard mondial qui sera décliné en versions vidéo (DVD-vidéo), informatique (DVD-ROM) et jeu. La version vidéo non-enregistrable devrait être commercialisée dès la fin 96 et la version informatique en 1997.

    Le disque optique numérique permet des capacités de 10 à 15 Go avec un débit de 0,7 à 1,4 Mo/s. Le temps d'accès aux informations est très court. Sa fiabilité est excellente et la durée de conservation des données est estimée à plusieurs dizaines d'années. Ce stockage est coûteux : 250 F/Mo. Il peut être effaçable et réinscriptible.

    Les mémoires solides sont particulièrement performantes en terme de temps d'accès, mais leur capacité de stockage reste très limitée et leur coût élevé : 250 F/Mo. Dans l'état actuel, cette technologie n'est pas une solution pour les grandes capacités de stockage. Malgré un quadruplement des performances tous les quatre ans, elle ne devrait pouvoir concurrencer les autres technologies sur ce créneau.

    Objectifs de la technologie

    *Contexte concurrentiel et économique

    Les besoins de stockage d'informations croissent très fortement dans tous les domaines d'activité : dans les applications traditionnelles essentiellement professionnelles (centres de calcul, de gestion, d'imagerie, ... ), mais aussi et surtout dans de multiples applications nouvelles qui émergent avec la généralisation du traitement numérique des informations, principalement dans le domaine de l'image. L'enjeu est particulièrement important sur les marchés grand public où les systèmes d'enregistrement et de lecture constituent un élément-clé avec des nouveaux services audiovisuels et multimédia.

    Par ailleurs, avec la généralisation de la numérisation, les solutions auparavant développées de manière spécifique pour les différentes applications, convergent. Ainsi, l'enregistrement des images animées devient possible sur des disques initialement destinés au stockage de données. De même, le DVD, destiné à la vidéo grand public trouvera des débouchés comme périphérique informatique.

    Le système d'enregistrement tend donc de plus en plus à être conçu comme un périphérique standard auquel on ajoute les interfacces adéquates en fonction de l'application finale.

    D'une manière générale, les besoins sont des besoins en matière de capacité de stockage mais aussi en termes de rapidité d'accès à l'information, de vitesse de transfert de l'information, particulièrement importants pour la mise en oeuvre des applications interactives utilisant de l'image animée. La pérennité des systèmes d'enregistrement est un élément très important, surtout dans le domaine du grand public.

    *Fonctions remplies :

    Archivage à moyen et long termes de tous types d'informations, mémoire intermédiaire de travail dans les systèmes de traitement de l'information, support d'édition et de diffusion de l'information.

    Environnement technologique

    *Technologies concurrentes :

    L'amélioration des techniques de compression des données permet de limiter les besoins en capacités élevées et rend les solutions existantes accessibles du point de vue du coût et des solutions techniques disponibles, dans certains cas comme le stockage d'images où la consommation de mémoire est très importante. Cependant, ces techniques ne peuvent convenir pour les applications qui ne supportent pas la perte d'information.

    *Evolutions technologiques :

    Dans le domaine industriel, les enjeux techniques à venir sont :

    Pour les systèmes magnétiques sur bande ou sur disque, l'objectif est d'accroître la densité d'information enregistrable par unité de surface. Les efforts portent sur les propriétés du substrat : état des surfaces, coercivité, matériaux à forte aimantation et sur les têtes de lecture-enregistrement : miniaturisation des têtes par le recours à des techniques dérivées de la fabrication des semi-conducteurs : techniques inductives et magnétorésistives. Aux USA, d'importants programmes de recherche ont été lancés pour atteindre des densités de un téraoctet par pouce cube sur bande et de 1 0 Go par pouce carré sur disque.

    Pour les systèmes optiques, l'augmentation de la densité surfacique de stockage est également l'objectif prioritaire. Elle peut être obtenue par la combinaison de plusieurs progrès. D'une part, l'utilisation de diodes laser à longueur d'onde plus courte permet de réduire la surface occupée par une information élémentaire. Les possibilités en la matière dépendent de la disponibilité de lasers plus performants - les lasers rouges (635nm) nouvellement disponibles permettront des gains importants, les lasers bleu (430 nm) devraient permettre un doublement des capacités jusqu'à 40 Mo), mais ces derniers ne sont envisageables qu'après l'an 2000. D'autre part, des solutions permettant l'écriture des informations sur les deux faces du disque et sur plusieurs couches sont également une piste intéressante en voie d'industrialisation. Le DVD intégrera ces nouvelles technologies du laser rouge et de l'enregistrement multifaces, multicouches.

    Par ailleurs, des travaux sont en cours pour rendre ces supports optiques réinscriptibles grâce à l'utilisation des technologies magnéto-optiques et de changement de phase. Le DVD devrait être disponible vers 1998 mais sa capacité restera limitée à 2,6 Go par le laser rouge. Il faudra attendre l'arrivée du laser bleu pour obtenir une capacité de 8 Go (2 à 3 heures de vidéo), comparable à celle du VHS.

    Des solutions intermédiaires, combinant dans un même système, les avantages de la bande magnétique (densité, débit) par la mise en oeuvre d'un enregistrement magnétique multipistes et ceux de la lecture optique sont en cours de développement et pourraient trouver des applications dans l'audiovisuel et l'informatique.

    Enfin, sur ces technologies existantes, des capacités importantes sont atteintes par la juxtaposition de plusieurs unités de base mises en parallèle, ce qui nécessite des compétences sur l'architecture des systèmes.

    Pour les mémoires statiques, les travaux portent sur les mémoires à trois dimensions qui rendent envisageables des densités de stockage élevées. A plus long terme, de nouvelles technologies pourraient se révéler intéressantes : les mémoires flash, la bande optique, les mémoires holographiques, la nano-lithographie et le nano-enregistrement. D'autres pistes plus futuristes sont explorées comme les mémoires moléculaires ou les centres colorés de certains cristaux. Mais les investissements à engager pour développer une nouvelle technologie sont tels qu'il est peu envisageable que l'une de ces solutions apparaisse avant plusieurs années.

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