Prognozy na nową dekadę, część 2

8 marca 2010

Zgodnie z zapowiedzią z pierwszej części, w drugim odcinku felietonu zajmę się stroną bardziej techniczną. Ponieważ możliwości naszego sprzętu audio są coraz bardziej zależne od technologii zapisu danych, to zajmę się perspektywami rozwoju w tej dziedzinie.

Kilka spraw możemy przewidzieć bez trudu. Po pierwsze koniecznie trzeba zwrócić uwagę, że już teraz koszt zapisu pokaźnej kolekcji muzycznej na twardym dysku zszedł do bardzo niskiego - by nie powiedzieć symbolicznego - poziomu. Spokojnie można już mówić o efekcie nasycenia, albo inaczej bardzo wysokiego zaspokojenia określonej potrzeby użytkowej bardzo niewielkim kosztem. Wystarczy sprawdzić ceny dysków o pojemnościach rzędu 1TB i żaden dodatkowy komentarz nie będzie potrzebny. Przy tych realiach ekonomicznych dyskusje o sensowności stosowania plików MP3, WMA czy AAC do archiwizacji nagrań na dyskach mijają się z celem. Po co w ogóle analizować takie detale skoro różnica w cenie jest tak mała? Lepiej od razu postawić na bezstratnę kompresję i nie tracić czasu na dzielenie włosa na czworo. Samo tylko szersze spożytkowanie już dostępnych możliwości będzie zmieniać sposób w jaki słuchamy muzyki.

Bardziej skomplikowana jest sytuacja z pamięciami Flash, na których opierają sie prawie wszystkie odtwarzacze przenośne. Koszt jednostkowy jest tu dużo wyższy niż w przypadku twardych dysków. W odtwarzaczach MP3 powszechne są wielkości wbudowanej pamięci rzędu 2-4 GB. Kilka lat temu uznalibyśmy to za znakomity wynik, a teraz jednak mamy inne oczekiwania i ta wielkość nie robi większego wrażenia, a nawet powoduje uczucie niedosytu. Motywacja do stosowania plików stratnie kompresowanych w urządzeniach przenośnych jest wciąż duża. Coraz częściej mówi się też o tym, że pamięci Flash zbliżają się do kresu swych możliwości rozwojowych, ale jeśli interesują nas tylko najbliższe lata, to na pewno pole do postępu istnieje. Jest już pewne, że od 2010 roku zacznie rozpowszechniać się produkcja pamięci Flash w procesach technologicznych bazujących na wymiarze 25nm, a więc najbliższy przeskok generacyjny jest już zapewniony. Ciągle nie wiadomo jak będzie wyglądać kolejny przeskok technologiczny do wymiaru poniżej 20nm. Nie mam tak specjalistycznej wiedzy by to fachowo ocenić. Biorąc pod uwagę jak sprawnie osiągnięto 25nm, w naturalny sposób oczekujemy, że i następny krok będzie wykonalny. Nie można jednak wykluczać, że tym razem pojawią się problemy trudniejsze do przezwyciężenia. Tak czy inaczej, na podstawie dostępnych teraz informacji możemy spokojnie założyć, że odtwarzacze MP3 z pamięciami 8-16GB staną się całkiem przystępne cenowo w niezbyt odległej perspektywie. Myślę, że przy takich wielkościach pamięci znacznie zmaleją opory przed stosowaniem bezstratnie kompresowanych plików w urządzeniach przenośnych. Nie twierdzę, że wszyscy porzucą MP3 na rzecz FLAC-a. Natomiast audiofilsko nastawieni klienci pewnie zaczną chętniej rezygnować ze stratnej kompresji. Warto to wziąć pod uwagę jeśli ktoś teraz przy ripowaniu swych płyt zastanawia się czy jeszcze skorzystać z MP3 czy może już skusić się na FLAC-a.

Jest jeden temat, który poruszę wyłącznie z obowiązku. Chodzi o pojawiające się informacje o pracach nad nowymi formatami dysków optycznych. Od czasu do czasu powraca nieśmiertelna koncepcja dysków holograficznych. Nie mam serca do tego zagadnienia. Kiedyś faktycznie interesowałem się tym znacznie żywiej, ale od dawna nie wierzę w szanse masowego rozpowszechnienia nowej generacji dysków optycznych. Mieliśmy kolejno CD, DVD i Blu-ray. Żadnej następnej generacji już się nie spodziewam. Nie sądzę też aby Blu-ray zostało w poważny sposób wykorzystane do rozpowszechniania nagrań audio. Mam poważne wątpliwości co do tego, czy nowego rodzaju dyski optyczne przyjmą się chociaż w branży profesjonalnej archiwizacji. Nie widzę powodu aby szerzej rozwijać temat. Na koniec tego akapitu dodam tylko, że ostatnio zbankrutowała firma InPhase, która przez kilka lat pracowała nad opracowaniem dysków holograficznych.

Od lat nieustannie stawiane jest pytanie czy pojawi się jakiś nowy, lepszy rodzaj trwałej, nieulotnej pamięci. Sam też pisałem o różnych eksperymentalnych technologiach. Jak widać upłynęło już sporo czasu, a nadzieje z początków ostatniej dekady okazały się płonne. Z drugiej strony trudno mowić o całkowitym niepowodzeniu, bo sporą część naszych ówczesnych marzeń dało się zrealizować poprzez udoskonalenie starych typów nośników danych.

Zanim napiszę o samych pamięciach pozwolę sobie na krótką dygresję. Bardzo duży jest rozdźwięk pomiędzy wielkim znaczeniem nośników danych i wszelkich rodzajów pamięci, a małą świadomością w tej dziedzinie. Dla kontrastu weźmy przykład telewizorów. Rywalizacja LCD, plazmy, a także poszukiwania następców takich jak choćby OLED czy SED, to sprawy dość szeroko znane. Tymi technologiami interesują się nie tylko fachowcy, ale także zwykli nabywcy sprzętu. Natomiast o pamięciach nie mówi poza środowiskami profesjonalnymi. A kwestia zasługuje bez wątpienia na to by była co najmniej tak dobrze znana jak sprawa techologii telewizyjnych. Nie trzeba wcale wysilać wyobraźni, aby sobie uświadomić, że lepsze pamięci oraz nośniki danych mogą zmienić nasze życie bardziej aniżeli nowa generacja ekranów trochę lepsza od LCD i plazmy. Wystarczy tylko przypomnieć sobie jak bardzo zmieniły się w ostatnich latach właściwości wykorzystywanych przez nas urządzeń (takich jak odtwarzacze muzyczne, telefony komórkowe i aparaty fotograficzne) pod wpływem udoskonalenia pamięci Flash.

Badania nad nowymi typami pamięci prowadzą wszystkie czołowe firmy z tej branży. W grę wchodzą ogromne pieniądze, a droga wejścia nowej technolgii na rynek jest co do zasady całkiem prosta. Nie trzeba lansować żadnych nowych standardów czy formatów. Wystarczy pamięć zapakować w odpowiednie obudowy, połączyć z odpowiednimi kontrolerami i interfejsami, a potem sprzedawać jako karty SD, dyski SATA, czy dyski USB albo też od razu zainstalować w telefonach komórkowych, odtwarzaczach MP3 czy jeszcze innych urządzeniach. Trzeba "tylko" opracować techologię produkcji pamięci o "odpowiednich" właściwościach. Zapotrzebowanie na pamięci nowej generacji jest ogromne, więc poszukiwania nie ustają pomimo wieloletnich niepowodzeń.

Audio nie jest głównym rynkiem, na którym zależy firmom pracującym nad nowymi pamięciami. Z naszego punktu widzenia przydało by się aby nośniki miały niższe ceny i aby bardziej niezawodnie przechowywały dane przez dłuższy czas. Natomiast w innych branżach bardziej poszukiwane są takie właściwości jak zwiększenie liczby cykli zapisu, szybkości działania, zmniejszenie poboru mocy czy zmiana samej architektury układów elektronicznych.

Zastanawiając się nad ewentualnym wprowadzeniem na rynek nowych typów pamięci trzeba mieć na względzie pewne ogólne prawidłowości. W tej dziedzinie nic nie może wydarzyć się nagle. Nie pojawi się żadna fantastyczna nowość i nie zrewolucjonizuje rynku w ciągu roku. Pomijając zasadnicze problemy techniczne związane z optymalizacją samych produktów i technologii ich wytwarzania, jest też tak prozaiczny czynnik jak czas niezbędny na realizację wszelkich nowych inwestycji. Wybudowanie nowej fabryki, czy nawet przebudowa fabryki już istniejącej zajmuje sporo czasu. Nawet jeśli nowa technologia dowiedzie swej przewagi, to prawdopodobnie nie mniej niż kilkanaście miesięcy będzie potrzeba na znaczące zwiększenie mocy produkcyjnych, a jeszcze więcej na przejęcie dominującej roli w skali globalnej. Jeśli zetkniecie się z jakąś informacją o opracowaniu przełomowej technologii i na dodatek będzie tam też zapowiedź rychłej komercjalizacji tejże technologii, czy nawet zapowiedź wyeliminowania starszej technologii konkurencyjnej, to nie wstrzymujcie oddechu. Takich niespełnionych zapowiedzi było wiele. Planujcie swoje działania opierając się na możliwościach aktualnie dostępnych produktów.

Ale postawmy to zasadnicze pytanie. Czy są szanse na pojawienie się ważnej, nowej technologii zapisu danych? W bliskiej przyszłości nie trafi do sprzedaży żaden produkt nowego typu przydatny dla nas do zapisu muzyki - to już pewnik. Rozsądne będzie przyjęcie założenia, że znane nam nośniki danych będą dominować jeszcze co najmniej kilka lat. Według niektórych opinii ogromny sukces pamięci Flash zniweczył szanse konkurencyjnych rozwiązań, ale ten pogląd to nic innego jak spekulacja. Osobiście widzę powody, dla których warto poświęcić trochę uwagi eksperymentalnym technologiom. Po pierwsze istnieją rozwiązania, które mają interesujący potencjał. Po drugie wciąż nie wiemy kiedy nastąpi spowolnienie tak niesamowitego w ubiegłych latach rozwoju pamięci Flash i twardych dysków. Po trzecie rynek się zmienił i obecnie są na nim bardziej korzystne warunki dla wprowadzania nowinek. Istnieją aplikacje, gdzie nowe rozwiązania mogły by zadebiutować pomimo swoich wyższych cen. A po czwarte nie musimy się przecież w swoich zainteresowaniach ograniczać tylko do najbliższej przyszłości i możemy zastanawiać się też nad tym co nas czeka na przykład za dziesięć lat.

Jedna ciekawa technologia jest już ponoć u progu komercjalizacji. Chodzi tu o PCM (Phase Change Memory, lub inaczej PCRAM czy też PRAM). Wiodącą rolę w tej dziedzinie odgrywają dwie firmy: Samsung i Numonyx. Numonyx do niedawna był joint venture Intela oraz STMicroelectronics, a teraz firmę przejmuje Micron. Jak widać zaangażowani są tu potentaci ze ścisłej czołówki. Od razu trzeba powiedzieć, że nie ma co liczyć na szybkie pojawienie się PCM w dyskach USB, odtwarzaczach MP3 czy kartach SD, a więc tam gdzie stosuje się obecnie pamięci NAND Flash. Nawet przy optymistycznych założeniach nie mamy prawa oczekiwać, by w najbliższych latach pamięci PCM zbliżyły się cenowo do NAND Flash, tak więc nie będziemy mieli okazji używać ich do zapisu plików dźwiękowych. Można więc powiedzieć, że z naszego audiofilskiego punktu widzenia jest to technologia nieistotna.

Mimo wszystko pokuszę się o pewne spekulacje, bo mogą one posłużyć jako ogólniejszy model. Jeden z wariantów rozwoju sytuacji mógł by bowiem być następujący. Wiadomo, że tempo rozwoju pamięci Flash kiedyś spadnie. Po pierwsze załóżmy więc, że stanie się to dość szybko. Przyjmijmy też, że pamięci PCM zdobędą przyczółek wystarczająco duży aby rozwijała się ich normalna, przemysłowa produkcja, a następnie technologia PCM będzie się rozwijać i uda się przeskalować ją do procesów produkcyjnych o mniejszych wymiarach. No i ważne jest też aby nie pojawił się żaden konkurent wyraźnie lepszy od PCM. Wówczas za kilka lat pamięci PCM mogły by potencjalnie zacząć penetrację rynku masowego. Oczywiście może być inaczej, choćby tak jak do tej pory było z ekranami OLED. Oznaczło by to, że pamięci PCM latami będą produkowane w ograniczonej skali i nie będą konkurencyjne w najbardziej popularnych zastosowaniach. (A skoro już zahaczyliśmy o ten temat, to koniecznie muszę tu dodać, że wbrew narzekaniom pesymistów i pomimo wieloletnich niepowodzeń, OLED jest jednak poważnym kandydatem do zastąpienia LCD w dalszej perspektywie.)

Co by dało wykorzystanie pamięci PCM? Według informacji z Numonyxa powinniśmy uzyskać przynajmniej jedną istotną z naszego punktu widzenia korzyść. Poprawiła by się trwałość zapisu danych. Pamięci PCM wytrzymują znacznie większą ilość cykli zapisu. Inaczej niż w pamięciach Flash, kolejne cykle zapisu nie skracają długości okresu przechowywania danych. Flash lepiej znosi bardzo wysokie temperatury. W temperaturze 85 stopni wyniki obu nośników są podobne (trwałość zapisu około 10 lat). Przy niższych temperaturach PCM zapewnia większą trwałość zapisu. W temperaturach pokojowych pamięci PCM powinny być bardziej długowieczne. Natomiast za wcześnie jest aby mówić o kwestiach ekonomicznych. Na starcie pamięci PCM będą drogie, ale możemy powidzieć tyle, że właściwości fizyczne PCM dają nadzieję na konkurencję z pamięciami Flash. Nie widać fundamentalnych przeszkód wykluczających odpowiednią miniaturyzację komórek pamięci PCM. A więc czekajmy na doniesienia prasowe. Cel na rok 2010 jest jasno określony. Pamięci PCM powinny w bieżącym roku zadebiutować w urządzeniach przeznaczonych do komercyjnej sprzedaży. Jest to jedno z tych wydarzeń, którego będę wypatrywał.

Ocena innych rozwiązań jest dużo trudniejsza. Pomysłów jest mnóstwo. Niełatwo zebrać dane o nich, zwłaszcza jeśli interesuje nas coś więcej niż skrótowy opis zasady działania. Jeśli za wskaźnik weźmiemy komentarze dziennikarzy ze specjalistycznej prasy i ilość zainteresowanych producentów, to na drugim miejscu trzeba by postawić STT-RAM (Spin Torque Transfer RAM). Moją uwagę zwróciła też technologia PMC (Programmable Metallization Cell, znana również pod nazwą CBRAM czyli Conductive-Bridging RAM). Zarówno STT-RAM jak i PMC są na etapie laboratoryjnym, nie ma żadnych konkretnych zapowiedzi dotyczących komercjalizacji, a więc i dużo większy jest tu stopień niepewności. Gdyby w 2010 roku firmy pracujące nad tymi rozwiązaniami zaprezentowały chociaż zaawansowane próbki układów, to już by był niezły prognostyk na przyszłość. A więc i w tych dwóch przypadkach będę z zainteresowaniem śledził doniesienia prasowe.

Rozwiązaniem podobnym do PMC jest CMOx (conductive metal oxides) z firmy Unity Semiconductor. Pod jednym względem CMOx wyróżnia się na tle konkurentów. Otóż Unity Semiconductor podaje bardzo optymistyczne i bardzo precyzyjne zapowiedzi dotyczące swych planów. Według komunikatów prasowych sprzed kilku miesięcy do końca 2010 roku mają być dostępne próbki układów o pojemności 64Gb (czyli 8GB), a w drugim kwartale 2011 ma już być uruchomiona ich normalna produkcja. Jeśli ten zaskakująco ambitny harmonogram zostanie faktycznie zrealizowany, będzie to bardzo znaczące wydarzenie. A więc mamy kolejny punkt na liście tematów wartych stałej obserwacji.

Jakkolwiek fascynująco nie wyglądały by nowe typy pamięci, na razie nie możemy z nimi wiązać żadnych konkretnych oczekiwań. Kandydat do roli ważnego nośnika danych musi mieć za sobą rynkowy debiut - inaczej pozostaje wyłącznie interesująca ciekawostką. Tak więc w bliskiej perspektywie czasowej sprawy właściwie przedstawiają się prosto. Na pewno twarde dyski i pamięci Flash w naszych systemach audio będą miały coraz lepsze parametry. Tylko kwestią czasu jest kiedy za cenę współczesnego dysku 1TB będziemy mogli kupić dysk 2TB, a potem 3TB. Podobnie będzie z pamięciami Flash. A za kilka lat zobaczymy jaka będzie wówczas sytuacja. Okaże się jak bardzo zbliżyliśmy się do kresu możliwości tych technologii i czy jeszcze znajdą się sposoby na ich dalsze udoskonalanie.

Zdaję sobię sprawę, że ludzką uwagę przyciągają głównie spektakularne wydarzenia. Być może przedstawione tu perspektywy stanowią więc dla części z Państwa zawód. Na dzień dzisiejszy trzeba bowiem zakładać, że na horyzoncie wciąż nie widać rewolucyjnego rozwiązania, które by nam dało do ręki tanią, bardzo pojemną, bardzo niezwodną i bardzo trwałą pamięć dla naszej muzyki.

Uważam jednak, że nie powinniśmy odczuwać zawodu i możemy patrzeć w przyszłość optymistycznie. Metodą mniejszych kroków można znacznie poprawić własności archiwizacyjne dysków twardych czy pamięci Flash. W dużej mierze jest to dylemat handlowy, a tylko po części problem techniczny. W grę wchodzą lepsze układy kontrolerów, mocniejsza korekcja błędów, lepsze łożyska i ich odpowiednie smarowanie, być może pogorszenie parametrów takich jak szybkość w zamian za niezawodność. Biorąc pod uwagę zmieniający się zakres zastosowań twardych dysków i pamięci Flash trzeba mieć nadzieję, że producenci zmodyfikują swą ofertę stosownie do naszych nowych potrzeb. Na razie idzie to dość opornie, ale na szczęście widać jakieś pozytywne przykłady. Choćby takie jak wbudowywanie mechanizmów bezpieczeństwa w nowoczesnych systemach plików (jak ZFS, Btrfs) czy wdrażenie korekcji błędów już na poziomie układów pamięci Flash, bez potrzeby stosowania specjalnego kontrolera (chodzi mi o będącą na ukończeniu specyfikację EZNAND). Obecnie bardzo dużo zależy od inteligencji naszych systemów. Zarówno na poziomie pojedynczego urządzenia, na poziomie systemu dystrybucji, systemu komunikacji jak i w odniesieniu do oprogramowania. Więcej też będzie zależało od tego jak my sami, zwykli użytkownicy, będziemy korzystać z dostępnych możliwości. Jeśli znajdzie się na rynku jakaś nowa, przełomowa technologia to tym lepiej. Ale i bez tego czeka nas głęboka transformacja systemów odtwarzania muzyki bazujących na komputerowych plikach audio. Istnieje duży potencjał do udoskonalenia sprzętu w sposób ewolucyjny. Dobrze by było, abyśmy jako klienci odpowiednio formułowali nasze oczekiwania i abyśmy tworzyli popyt na rozsądne rozwiązania techniczne. (GS)