WEBVTT

00:00:07.148 --> 00:00:10.821
Stell dir ein Flugzeug vor, das nur
1 mm über dem Boden fliegt

00:00:10.821 --> 00:00:14.029
und alle 25 Sekunden die Erde umkreist,

00:00:14.029 --> 00:00:17.335
während es jeden einzelnen Grashalm zählt.

00:00:17.335 --> 00:00:20.551
Stell es dir so klein vor,
dass es in deine Hand passt

00:00:20.551 --> 00:00:24.305
und du hast etwas, das mit einer
modernen Festplatte vergleichbar ist,

00:00:24.305 --> 00:00:28.455
die mehr Informationen speichern kann,
als die Bibliothek um die Ecke enthält.

00:00:28.455 --> 00:00:32.906
Wie speichert man so viel Information
auf so kleinem Raum?

00:00:32.906 --> 00:00:37.122
Kern jeder Festplatte sind Platten,
die sich mit Hochgeschwindigkeit drehen

00:00:37.122 --> 00:00:40.525
und über deren Oberflächen
Schreibköpfe fliegen.

00:00:40.525 --> 00:00:46.278
Auf jeder Scheibe ist ein Film winziger,
magnetischer Metallkörnchen

00:00:46.278 --> 00:00:49.591
und die Daten liegen dort
nicht in verständlicher Form.

00:00:49.591 --> 00:00:52.768
Man speichert sie als magnetisches Muster,

00:00:52.768 --> 00:00:55.819
das aus Gruppen
der winzigen Körnchen besteht.

00:00:55.819 --> 00:00:58.169
In jeder Gruppe,
die auch Bit genannt wird,

00:00:58.169 --> 00:01:01.121
sind alle Körnchen gleich magnetisiert.

00:01:01.121 --> 00:01:03.596
Es gibt zwei erlaubte Zustände,

00:01:03.596 --> 00:01:06.805
die Nullen und Einsen entsprechen.

00:01:06.805 --> 00:01:08.958
Daten werden auf die Platte geschrieben,

00:01:08.958 --> 00:01:12.577
indem man Folgen von Bits
in elektrischen Stom wandelt

00:01:12.577 --> 00:01:14.994
und durch einen Elektromagneten schickt.

00:01:14.994 --> 00:01:18.613
Das Feld, das dieser Magnet erzeugt,
ist ausreichend stark,

00:01:18.613 --> 00:01:21.145
um die Richtung
der Magnetisierung zu ändern.

00:01:21.145 --> 00:01:24.102
Wenn die Daten dann auf der Platte stehen,

00:01:24.102 --> 00:01:28.653
wird ein magnetischer Lesekopf verwendet,
um sie wieder auszulesen,

00:01:28.653 --> 00:01:30.858
ganz ähnlich der Nadel
eines Plattenspielers,

00:01:30.858 --> 00:01:33.468
die die Rillen einer Schallplatte
in Musik verwandelt.

00:01:33.468 --> 00:01:37.634
Aber wie kann man so viel Information
nur in Nullen und Einsen packen?

00:01:37.634 --> 00:01:40.300
Ganz einfach: indem man
viele von ihnen zusammenpackt.

00:01:40.300 --> 00:01:45.246
Ein Buchstabe zum Beispiel kann mit
einem Byte, acht Bits, dargestellt werden.

00:01:45.246 --> 00:01:47.879
Ein Foto dagegen belegt mehrere Megabyte,

00:01:47.879 --> 00:01:50.865
von denen jedes 8 Millionen Bits hat.

00:01:50.865 --> 00:01:54.779
Weil jedes Bit seinen eigenen Platz
auf der Platte benötigt,

00:01:54.779 --> 00:01:58.833
versuchen wir, die Dichte
immer weiter zu erhöhen,

00:01:58.833 --> 00:02:03.572
wie viele Bits also
auf einen Quadratzentimeter passen.

00:02:03.572 --> 00:02:08.907
Auf eine moderne Festplatte passen etwa
4000 Gigabit pro Quadratzentimeter,

00:02:08.907 --> 00:02:14.684
das ist 300 Millionen mal mehr als auf der
ersten Festplatte von IBM im Jahr 1957.

00:02:14.684 --> 00:02:17.589
Diese unglaubliche Entwicklung
der Speicherkapazität

00:02:17.589 --> 00:02:20.732
wurde nicht nur dadurch erreicht,
dass alles verkleinert wurde,

00:02:20.732 --> 00:02:22.914
sie erforderte auch
verschiedene Erfindungen.

00:02:22.914 --> 00:02:26.073
Ein Verfahren namens
Dünnschichtlithographie

00:02:26.073 --> 00:02:29.847
ermöglichte die Verkleinerung von
Lese- und Schreibkopf.

00:02:29.847 --> 00:02:32.767
Trotz seiner kleinen Größe
wurde der Lesekopf feinfühliger,

00:02:32.767 --> 00:02:39.090
weil man neu entdeckte magnetische und
quantenphysikalische Eigenschaften nutzte.

00:02:39.090 --> 00:02:43.384
Algorithmen, die Störungen aus
magnetischer Interferenz herausfiltern,

00:02:43.384 --> 00:02:46.600
ermöglichen es, die Bits dichter zu packen

00:02:46.600 --> 00:02:51.474
und die wahrscheinlichste Bitfolge aus
dem gelesenen Signal herauszulesen.

00:02:51.474 --> 00:02:54.465
Ein Heizgerät unter dem Schreibkopf,

00:02:54.465 --> 00:02:57.548
das die Ausdehnung des Kopfes
durch die Wärme steuert,

00:02:57.548 --> 00:03:02.675
erlaubt diesem, weniger als fünf Nanometer
über der Plattenoberfläche zu schweben,

00:03:02.675 --> 00:03:06.661
das ist die Breite von zwei DNA-Strängen.

00:03:06.661 --> 00:03:09.417
Das exponentielle Wachstum
der Speicherkapazität

00:03:09.417 --> 00:03:12.564
und Rechenleistung folgte
in den letzten Jahrzehnten

00:03:12.564 --> 00:03:15.816
einem Muster, das man
Mooresches Gesetz nennt.

00:03:15.816 --> 00:03:22.499
Es besagte 1975, dass sich alle zwei Jahre
die Informationsdichte verdoppeln würde.

00:03:22.499 --> 00:03:25.993
Als aber 600 Gigabits pro
Quadratzentimeter erreicht waren,

00:03:25.993 --> 00:03:30.185
tauchte beim Verkleinern und Verdichten
der magnetischen Körnchen

00:03:30.185 --> 00:03:34.361
ein neues Problem auf,
der Superparamagnetische Effekt:

00:03:34.361 --> 00:03:37.545
Besteht ein Bit aus zu wenigen Körnchen,

00:03:37.545 --> 00:03:41.476
kann seine Magnetisierung leicht
durch Wärme gestört werden.

00:03:41.476 --> 00:03:44.429
Das Bit ändert dann ungewollt seinen Wert

00:03:44.429 --> 00:03:46.714
und Daten gehen verloren.

00:03:46.714 --> 00:03:50.819
Es gibt aber eine erstaunlich
einfache Lösung für dieses Problem:

00:03:50.819 --> 00:03:55.899
Schreibt man die Daten nicht längs,
sondern senkrecht zur Platte,

00:03:55.899 --> 00:04:01.225
sind Dichten von 6 Terabit
pro Quadratzentimeter mögich.

00:04:01.225 --> 00:04:04.858
Erst kürzlich wurde
die Grenze weiter verschoben,

00:04:04.858 --> 00:04:07.682
indem man das Schreiben
durch Wärme unterstützt.

00:04:07.682 --> 00:04:11.451
Man senkt vorübergehend
den magnetischen Widerstand

00:04:11.451 --> 00:04:14.559
eines noch wärmestabileren Mediums,

00:04:14.559 --> 00:04:18.097
indem man die Stelle
mit einem Laser erwärmt

00:04:18.097 --> 00:04:20.535
und danach mit Daten beschreibt.

00:04:20.535 --> 00:04:23.557
Zwar sind solche Festplatten
bis jetzt nur Prototypen,

00:04:23.557 --> 00:04:28.025
aber Wissenschaftler arbeiten schon
am nächsten möglichen Trick:

00:04:28.025 --> 00:04:30.711
Bitstrukturierte Medien, bei denen Bits

00:04:30.711 --> 00:04:35.267
in getrennten, nanometergroßen
Strukturen angeordnet sind,

00:04:35.267 --> 00:04:40.023
könnten Speicherdichten bis zu
120 Terabits pro Quadratzentimeter

00:04:40.023 --> 00:04:41.780
oder mehr erlauben.

00:04:41.780 --> 00:04:46.247
So ermöglicht die Zusammenarbeit von
Generationen von Ingenieuren,

00:04:46.247 --> 00:04:48.014
Materialwissenschaftlern

00:04:48.014 --> 00:04:49.976
und Quantenphysikern,

00:04:49.976 --> 00:04:53.019
dass dieses unglaublich nützliche
Präzisionswerkzeug

00:04:53.019 --> 00:04:55.814
sich in deiner Handfläche drehen kann.