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France

La bande magnétique est bien vivante et se porte bien !
Une puissante solution de stockage pour les données volumineuses

La bande magnétique semble avoir totalement disparu de nos vies. En réalité, elle nous sert plus que jamais à stocker pendant de longues périodes d'énormes quantités d'informations dans les centres de données des grandes entreprises informatiques, les établissements financiers et bien d'autres organisations mondiales. La relance de la bande magnétique est le fruit de 20 années de recherche chez Fujifilm qui ont permis de mettre au point une nouvelle particule magnétique innovante appelée le ferrite de baryum (BaFe). Progressivement, la bande magnétique BaFe s'est imposée comme l'un des composants essentiels de la société de l'information actuelle.

Archives de données fiables, sauvegardées sur des bandes magnétiques

Certaines données, même celles qui ne sont pas régulièrement consultées, sont critiques et ne doivent absolument pas être perdues. L'archivage des données exige un support capable de préserver un grand volume de données à long terme tout en réduisant le risque de perte, avec des coûts de démarrage et d'exploitation raisonnables. La bande magnétique BaFe remplit ces conditions mieux que tout autre support. Son efficacité a été prouvée en 2011, lorsque le serveur mail d'une entreprise informatique de renom a subi une panne système, rendant inaccessible une grande partie des e-mails. Les sauvegardes hors ligne réalisées sur bande magnétique ont sauvé l'entreprise qui a pu restaurer rapidement tous les e-mails manquants.

Dépasser les limites de capacité de stockage

Néanmoins, l'avenir de la bande magnétique n'a pas toujours été aussi brillant. Alors que le volume des données n'a cessé d'augmenter à un rythme effréné, et malgré les progrès réalisés, la capacité de stockage des bandes magnétiques à particules métalliques s'approchait de sa limite critique. Fujifilm a dépassé cette limite en lançant un matériau magnétique totalement inédit : le BaFe.

La capacité de stockage des bandes magnétiques est déterminée par le nombre de particules présentes dans la couche magnétique. Une cartouche de bande magnétique BaFe peut contenir plus de particules magnétiques, avec une densité supérieure à celle d'une cartouche à particules métalliques classique. Fujifilm a développé un prototype de bande magnétique BaFe capable de contenir 220 téraoctets de données non compressées, battant ainsi le record du monde avec une capacité 88 fois supérieure à celle des bandes magnétiques à particules métalliques classiques (étude Fujifilm du 9 avril 2015).

Les particules de BaFe sont extrêmement petites. Leur forme permet de bénéficier d'une très haute densité, orientées perpendiculairement. De plus, leur force coercitive magnétique (le niveau de rétention de la magnétisation) est également importante. Les particules peuvent être regroupées très serrée avec un faible risque d'inversion de la magnétisation, ce qui améliore la stabilité du stockage des données.

Recherche d'un nouveau support de stockage magnétique

La conception d'une solution de bande magnétique haute capacité va bien au-delà du développement du matériau magnétique en lui-même. Une tête magnétique permettant de lire et d'écrire les données dans la couche magnétique ainsi que le lecteur capable de contenir la tête et la bande magnétique sont également nécessaires. Lorsqu'ils sont associés, ces composants permettent l'archivage et la restauration des données.

Bien que les fabricants aient tout mis en œuvre pour concevoir un matériel adapté aux applications de bande magnétique, le marché savait que la limite physique de réduction des particules métalliques était bientôt atteinte, limitant inéluctablement la densité des particules sur la bande. Le BaFe affichait de meilleures caractéristiques, ce qui a encouragé Fujifilm a croire à la substitution de la bande à particules métalliques par la bande BaFe.

En 1992, Fujifilm a commencé ses recherches sur le BaFe pour créer un support de stockage sur bande de nouvelle génération. À cette époque, Fujifilm fabriquait des bandes à particules métalliques à la pointe de la technologie, qui ont cependant été progressivement rattrapées par la concurrence : "À ce rythme, il vont finir par nous dépasser. Pour que le BaFe devienne une innovation, nous devons démontrer notre supériorité écrasante en matière de densité d'enregistrement." Ce sentiment d'urgence était partagé par les ingénieurs de Fujifilm.

Une dernière chance... et une découverte capitale

Malgré l'enjeu, les résultats ont été difficiles à obtenir. La faible taille des particules de BaFe était une contrainte. Cette caractéristique a permis de rapprocher encore plus les particules mais a rendu leur manipulation plus difficile.

Les ingénieurs de Fujifilm ont réussi à revêtir la bande de particules BaFe à ultra-haute densité, selon un modèle homogène et stable à l'échelle nanométrique. Mais bien qu'ils aient créé un prototype de bande magnétique ayant une densité d'enregistrement encore inégalée, ils n'ont pas été capables d'écrire et de lire les données de la bande avec des têtes classiques et n'ont donc pas confirmé les performances du prototype.

Les ingénieurs en ont conclu que les têtes classiques conçues pour la bande magnétique métallique étaient incapables de lire la bande BaFe en raison du faible niveau de magnétisation des particules BaFe. Ils ont alors eu l'idée de développer leur propre tête en modifiant une tête magnétique haute sensibilité destinée aux disques durs, bien que l'architecture de la tête d'un disque dur soit très différente de celle d'une tête pour lecteur de bandes. Ils ont ensuite utilisé cette tête pour créer le prototype d'un système d'évaluation inédit pour confirmer les performances de la bande BaFe.

Modifier le matériel pour qu'il s'adapte au support de stockage : cette méthode contraire à la sagesse populaire a fait franchir une étape décisive aux ingénieurs de Fujifilm, plutôt habitués à considérer les choses du point de vue d'un fabricant de bandes magnétiques. Ils ont décidé qu'il s'agirait de la dernière expérience et de la dernière occasion de concrétiser l'idée d'une bande magnétique BaFe. L'absence de résultats enterrerait définitivement tout projet de développement.

Leur idée a fonctionné. En utilisant la tête haute sensibilité qu'ils avaient spécialement fabriquée, les ingénieurs ont démontré que leur bande magnétique BaFe offrait deux fois plus de capacité de stockage que toute autre bande à particules métalliques.

Les débutants sont parfois mieux armés pour relever certains défis

Il restait cependant beaucoup de travail à accomplir avant de pouvoir commercialiser la bande BaFe. Il a notamment fallu collaborer avec IBM pour évaluer le potentiel de la bande magnétique BaFe. Comme le matériel d'évaluation des bandes magnétiques d'IBM a été conçu pour les bandes magnétiques métalliques, celui-ci n'a pas été capable de lire avec précision le signal de la bande BaFe de Fujifilm. De plus, comme les bandes métalliques d'IBM étaient très demandées sur le marché, la société a donc rechigné à investir dans le développement de nouvelles technologies de lecture pour différents types de bandes magnétiques. "Il semblerait que nous devions approfondir nous-mêmes nos recherches sur l'évaluation", en ont conclu les ingénieurs de Fujifilm. Imperturbables, ils ont travaillé d'arrache-pied pour développer un système d'évaluation doté d'une tête haute sensibilité.

Inutile de préciser que cette étape fut tout sauf aisée. La recherche fondamentale sur les têtes de lecture et les lecteurs dépassait largement les compétences d'un fabricant de consommables comme Fujifilm. Les ingénieurs de Fujifilm ont donc formé une équipe spéciale dont le travail fut de concevoir un appareil capable d'évaluer les véritables performances de la bande BaFe. Après avoir déployé de grands efforts, ils ont réussi à démontrer la grande densité d'enregistrement de la bande BaFe de Fujifilm. Cinq ans après avoir évoqué pour la première fois le BaFe avec Fujifilm, IBM a pu réaliser des expériences avec le nouveau support. IBM a rapidement confirmé les performances exceptionnelles de la bande BaFe et accepté de participer au travail de recherche et de développement de la technologie avec Fujifilm.

Un ingénieur de Fujifilm raconte : "Nous étions des novices en matière de lecteurs de bandes. Nous n'avions donc aucune idée préconçue sur cette technologie lorsque nous avons démarré. Comme nous n'avions jamais développé de lecteurs de bandes magnétiques à particules métalliques, les performances précédentes ne représentaient pas une barrière psychologique. Nous avons relevé le défi tête baissée."

Le BaFe ou l'avenir de la bande magnétique

En 2011, Fujifilm lance la première cartouche de stockage de données BaFe. Depuis, la capacité de stockage des bandes BaFe n'a cessé de croître à un rythme effréné et tous les fabricants de lecteurs proposent désormais du matériel destiné aux applications BaFe.

Les services de cloud et l'analyse des mégadonnées sont au cœur de nos vies et l'Internet des objets (objets connectés) gagne du terrain. Le volume de données générées et transmises ne cesse de s'accélérer et la fréquence d'accès aux données et la valeur que nous leur accordons ne cessent d'augmenter. Étonnamment, c'est une technologie du 20e siècle, la bande magnétique, qui détient la clé de notre avenir. Tout ceci grâce à l'esprit d'innovation de Fujifilm dans les matériaux de pointe.

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