Khi Computerworld được thành lập năm 1967, ổ cứng 1MB có giá 1 triệu USD. Ngày nay, cùng dung lượng đó trên một ổ đĩa cứng (Hard Disk Drive - HDD), giá khoảng 2 cent (454 đồng).
Một HDD IBM 14 inch từ đầu những năm 1980 bên cạnh HDD 3.5 inch dung lượng lớn nhất hiện nay. HDD 14 inch chứa được 200MB dữ liệu, HDD 3.5 inch của WD chứa đến 10TB, tức lượng dữ liệu lớn hơn gấp 50.000 lần.
Suốt 5 thập kỷ qua, bộ nhớ lưu trữ chỉ được xem như là công nghệ hỗ trợ, nhưng trong thực tế luôn là một trong 5 trụ cột của công nghệ - tương tự các bộ xử lý và phần mềm - đang làm tăng sức mạnh cho hệ thống máy tính hiện đại của chúng ta, phó chủ tịch bộ phận thiết bị truyền thông của Western Digital (WD), Owen Melroy nói.
"Không có bộ nhớ lưu trữ giá rẻ, bạn không có internet", Melroy nói, đề cập đến ổ cứng. "Không có bộ nhớ flash, không có điện thoại thông minh."
Và nếu không có sự tình cờ của lịch sử, có lẽ không bao giờ có ổ cứng và cũng không có công nghệ theo sau - ít nhất là bây giờ chúng ta biết điều đó.
Để hiểu làm thế nào mà chúng ta có được bộ nhớ lưu trữ như ngày nay, bạn phải đi ngược lại 10 năm trước khi thành lập Computerworld.
Bắt đầu bằng một quyết định
Năm 1956, Reynold Johnson - người được IBM gửi đi để mở một trung tâm nghiên cứu ở bờ biển phía Tây 4 năm trước đó - giám sát 50 kỹ sư mà ông đã thuê. Nhiệm vụ: Phát triển phương pháp ghi dữ liệu mới nhằm thay thế các thùng chứa thẻ đục lỗ to lớn.
Thẻ đục lỗ là một mảnh giấy cứng dùng để chứa thông tin kỹ thuật số, được thể hiện bởi sự tồn tại của các lỗ (có hoặc không) ở những vị trí đã định nghĩa trước.
San Jose, California được chọn vì khí hậu nơi đó ấm hơn và thu hút các sinh viên tốt nghiệp trẻ tuổi ngành kỹ thuật hơn so với phòng thí nghiệm ở Poughkeepsie, New York.
Johnson - cựu giáo viên khoa học trường trung học, người đã phát minh ra máy chấm điểm điện tử có khả năng đọc dấu của bút chì số 2 (hay còn gọi bút chì HB) trên các mẫu tiêu chuẩn - tạo điều kiện cho đội San Jose của ông phát triển theo hướng mở rộng.
"Ông ấy nói với mỗi nhân viên mới rằng họ sẽ có từng nhiệm vụ riêng biệt. Quan trọng hơn là họ phải theo dõi mọi thứ đang diễn ra trong phòng thí nghiệm và sẵn sàng giúp đỡ nếu có ai đó yêu cầu", kỹ sư làm việc trong nhiều dự án lưu trữ cho IBM từ năm 1959 đến 2014, David Bennet nói.
Bennet - hiện đang là hướng dẫn viên tại Computer History Museum (Viện bảo tàng Lịch sử Máy tính), Mountain View, California, Mỹ - cho biết nhiệm vụ đầu tiên của ông tại IBM là làm việc trên một thiết bị lưu trữ lớn truy-cập-trực-tiếp dành cho hệ thống máy tính trung tâm System/360, đó là ổ đĩa 2321 Data Cell Drive. Cell Drive chứa tới 10 ngăn dữ liệu di động và có thể hoán đổi cho nhau, mỗi ngăn có 200 dải từ.
Ổ đĩa IBM 2321 Data Cell Drive chứa tới 10 ngăn dữ liệu di động và có thể hoán đổi cho nhau, mỗi ngăn có 200 dải từ.
Vào thời điểm đó, hệ thống máy tính của IBM sử dụng cả hai bộ nhớ băng (tape drive memory) và bộ nhớ drum (drum memory) - gồm các xi lanh kim loại được tráng bằng vật liệu ghi sắt từ. Bộ nhớ băng từ có dung lượng tốt, nhưng thời gian truy cập chậm; bộ nhớ drum từ có thời gian truy cập rất tốt, nhưng dung lượng thấp.
IBM muốn tận dụng ưu điểm của hai loại bộ nhớ này.
Bộ nhớ drum từ tại Computer History Museum.
Johnson đã tuyên bố: Bộ lưu trữ cho hệ thống máy tính IBM sẽ dựa trên các đĩa từ quay. Vì vậy, nhóm của ông bắt đầu chế tạo IBM 350 Disk Storage Unit - ổ cứng đầu tiên trên thế giới.
Hệ thống IBM 350 Disk Storage là thành phần chính của hệ thống IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control), được giới thiệu vào tháng 9 năm 1956. Hệ thống 350 Disk Storage bao gồm bộ nhớ đĩa từ cùng cơ chế truy cập riêng, điều khiển bằng điện tử và khí nén cho cơ chế truy cập, và một máy nén khí nhỏ. Nó được cấu hình với 50 đĩa từ, chứa 50.000 sector, mỗi sector lưu trữ 100 chữ số, dung lượng dữ liệu 5MB.
Được tạo ra để làm bộ lưu trữ tốc độ cao cho hệ thống IBM 305 RAMAC, IBM 350 nặng khoảng một tấn, rộng 60 inch (tức 1,52m), cao 68 inch (1,72m) và sâu 29 inch (0,74m). Mặc dù nó phải được vận chuyển bằng xe nâng, nhưng đó là cuộc cách mạng; nó lưu trữ nhiều dữ liệu hơn bất kỳ hệ thống nào trước đó - lên đến 5 megabyte với 50 đĩa có đường kính 24 inch được tráng bằng sơn oxit sắt từ. Hệ thống có thời gian tìm kiếm trung bình 600 mili giây.
IBM 350 Disk Storage là ổ cứng đầu tiên trên thế giới. Với cân nặng khoảng một tấn, HDD này phải được vận chuyển bằng xe nâng.
Các đĩa từ của IBM 350 quay ở tốc độ 1.200 RPM (Revolutions Per Minute - vòng/phút); một cặp đầu đọc/ghi có kích thước bằng quả bóng khúc côn cầu, gắn liền với thanh trục dọc có thể di chuyển lên hoặc xuống để chọn cặp đĩa (một mặt dưới, một mặt trên) và tiến vào hoặc ra, rồi dừng lại để đọc dữ liệu từ một trong 100 track bất kỳ trên mỗi đĩa.
Cận cảnh một cặp đầu đọc/ghi của IBM 350 Disk Storage đang tiến vào trong cặp đĩa để đọc dữ liệu (hình chụp từ clip quay tại Computer History Museum).
Trong vòng 2 năm, IBM 350 đã tăng gấp đôi dung lượng lưu trữ. Đó là dấu hiệu của những điều sắp đến.
Dung lượng và tốc độ tăng, trong khi kích thước giảm
Tom Burniece, tổng giám đốc của Digital Equipment Corp. (DEC) từ 1981 đến 1991, đã bắt đầu sự nghiệp vào năm 1969 khi ông gia nhập Control Data Corp. (CDC) có trụ sở tại Edina, Minnesota, Mỹ. Đây là một trong 12 công ty công nghệ hàng đầu trong việc chế tạo ổ đĩa, nhằm hất cẳng IBM.
Burniece đã trải qua 25 năm tiếp theo để phát triển ổ cứng, trong khoảng thời gian đó ông không chỉ làm việc cho CDC, mà còn là nhà sản xuất ổ đĩa Maxtor. Dự án đầu tiên của ông là thiết kế Ổ đĩa Tốc độ Cao (High Performance Drive - HPC) CDC 844-21, lưu trữ lên đến 100MB dữ liệu. Thiết bị này nặng 700 pound (tức 317 kg) và có một quạt gió công nghiệp tạo thông khí áp lực dương giữa các đĩa. (Kích thước nó tương đương với quạt gió của lò sưởi dân dụng).
Qua nhiều thập kỷ, Burniece và các đồng nghiệp trong ngành của ông đã dành sự nghiệp chủ yếu tập trung vào một công việc: Tìm cách làm cho ổ cứng lưu trữ được nhiều hơn và nhanh hơn. Đó không chỉ nói đến việc thu nhỏ các mạch điện, mà còn khắc phục các giới hạn về mặt cơ học và vật lý - tạo ra những tiêu chuẩn trong ngành công nghiệp.
Khi họ thành công, bộ lưu trữ dữ liệu ban đầu là một thùng chứa đĩa với kích thước bằng máy giặt được thu nhỏ thành một chiếc đĩa 3.5 inch, có thể lưu trữ lên đến 10 terabyte (TB) dữ liệu (hoặc một ổ đĩa 2.5 inch dung lượng 2TB).
Hãy hình dung, 10TB có thể lưu trữ toàn bộ dữ liệu của Library of Congress (Thư viện Quốc hội); tương đương 130 triệu hạng mục trên một kệ sách dài khoảng 530 dặm (tức 853km), trong đó có 29 triệu quyển sách, 2,7 triệu bản ghi âm, 12 triệu hình ảnh, 4,8 triệu bản đồ và 58 triệu bản thảo.
Để đạt được điều này, ngành công nghiệp đã phải làm co mật độ bề mặt của đĩa từ từ vài nghìn bit mỗi inch vuông trong thời đại của RAMAC đến 1,33 nghìn tỷ bit mỗi inch vuông như ngày nay.
"Mật độ bề mặt đã giảm 6 đến 8 bậc", Burniece, người chủ trì Storage Special Interest Group của Computer History Museum từ năm 2001, nói.
Giá bộ nhớ lưu trữ phù hợp. Từ khi ổ đĩa đầu tiên được IBM sản xuất vào năm 1956, giá trung bình của ổ cứng đã giảm 41% một năm, giống như tỷ lệ của Định luật Moore về chất bán dẫn. Nói cách khác: Giá ổ cứng đã giảm từ 2 triệu USD mỗi gigabyte xuống chỉ còn 2 cent mỗi gigabyte tính đến nay.
Bảng thống kê giá ổ cứng, DRAM và flash NAND từ năm 1965 đến 2017 (tính trên mỗi gigabyte).
Vào thời điểm Burniece đến DEC, ngành công nghiệp ổ cứng đang vượt rào cản 1GB và các chuyên gia dự đoán mật độ ổ đĩa sẽ tiếp tục tăng gấp đôi sau mỗi 12 đến 18 tháng.
Không có gì đáng ngạc nhiên, ổ cứng nhanh chóng trở thành một thành phần tiêu chuẩn trong thị trường hệ thống máy tính di động và cá nhân đang phát triển nhanh chóng. Sự phổ biến rộng rãi của chúng làm mờ đi những thách thức kỹ thuật đã vượt qua.
Tại thời điểm đó, đầu đọc/ghi của ổ đĩa chỉ cách đĩa quay khoảng 10 micro inch. (Một micro inch bằng 1/1.000.000 inch). Thật khó hình dung, vì vậy ngành công nghiệp đã đưa ra một cách hiểu tương tự: Hình ảnh một chiếc Boeing 747 bay ở vận tốc 600 dặm trên giờ (tức 965 km/h) và cách mặt đất 6 inch (khoảng 15cm). Điều đó cho thấy khó khăn như thế nào để di chuyển một đầu đọc/ghi nằm cách đĩa từ chỉ 10 micro inch.
Hình ảnh một chiếc Boeing 747 bay ở vận tốc 600 dặm trên giờ (tức 965 km/h) và cách mặt đất 6 inch (khoảng 15cm). Điều đó cho thấy khó khăn như thế nào để di chuyển một đầu đọc/ghi nằm cách đĩa từ chỉ 10 micro inch.
IBM phát động, các công ty khác tham gia
Trong khi IBM thống trị ngành công nghiệp vào những năm 1960, các công ty công nghệ khác đã nhận thấy cơ hội để sản xuất bộ lưu trữ riêng, và họ cũng có thể đưa ra giá thấp hơn. Lúc đó, IBM được biết đến với cách tính giá bán lẻ đầy đủ (full retail price - tức là phải trả đủ tiền một lần duy nhất), thậm chí khi mua số lượng lớn.
Năm 1966, Memorex phát triển bộ đĩa (disk pack) tương thích với IBM đầu tiên trên thế giới - Memorex 630. Bộ đĩa Memorex 630 không chỉ có dung lượng gấp 4 lần so với bộ đĩa IBM 1311, mà nó còn có giá rẻ hơn một nửa. IBM 1311 được bán với giá 27.000 USD, chi phí sản xuất ước tính khoảng 1.700 USD.
Trong khi ổ đĩa vẫn mang kích thước của một máy giặt, bộ đĩa khả nạp (cho phép lấy ra, gắn vào) giúp bộ lưu trữ có thể di động được.
Những công ty khác bắt đầu sản xuất bộ lưu trữ tương thích với hệ thống máy tính trung tâm của IBM, cũng như cho riêng họ. Từ đó sản sinh ra ngành công nghiệp Plug Compatible Manufacturer (PCM - tạm dịch Nhà sản xuất Thiết bị cắm Tương thích).
Khi nhiều công ty bắt đầu thách thức IBM, các kỹ sư của hãng đã tìm thấy cơ hội lớn hơn và một số người bắt đầu bỏ việc. Một nhóm, được gọi là "The Dirty Dozen" (12 cựu kỹ sư IBM), đã thành lập Information Storage Systems (ISS) năm 1967; một nhóm khác nghỉ việc trong đó có Alan Shugart, người đã gia nhập Memorex năm 1969. (Sau đó ông quyết định đi con đường của riêng mình, sáng lập nên nhà sản xuất ổ đĩa Shugart Associates, sau này trở thành Seagate Technology).
Nhưng IBM không khoanh tay đứng nhìn. Năm 1970, hãng công bố thiết bị Direct Access Storage Facility 3330, có thể được nạp các bộ đĩa di động một cách dễ dàng. Mỗi bộ chứa 100MB dữ liệu cho hệ thống máy tính IBM System/370, mặc dù nó có tốc độ truyền dữ liệu xấp xỉ như RAMAC - khoảng 806 kilobit/giây (kb/s).
Năm 1972, bộ đĩa di động 10 đĩa từ được thu nhỏ lại còn 5 đĩa từ để phù hợp với rack của trung tâm dữ liệu tiêu chuẩn trong công nghiệp. Đầu đọc/ghi bay ở khoảng cách dưới 30 micro inch so với đĩa từ, tốc độ quay 3.600 vòng/phút.
Năm 1973, IBM trình làng ổ đĩa 3340, được biết đến như cha đẻ của ngành công nghiệp ổ cứng hiện đại. Vẫn mang kích thước của một máy giặt, 3340 lưu trữ 30MB dữ liệu cố định và 30MB bộ đĩa di động. Nó có biệt danh "Winchester", theo tên của khẩu súng trường 30-30 lịch sử.
Ổ đĩa IBM 3340 được biết đến như cha đẻ của ngành công nghiệp ổ cứng hiện đại. Vẫn mang kích thước của một máy giặt, 3340 lưu trữ 30MB dữ liệu cố định và 30MB bộ đĩa di động.
Ổ đĩa IBM 3340 có đầu đọc/ghi được bịt kín đầu tiên, giúp ngăn các chất gây ô nhiễm và cho phép giảm khoảng cách với đĩa từ quay xuống còn 18 micro inch, thời gian tìm kiếm trung bình chỉ 25 mili giây.
>>>>> Phần 2 - CW@50: Hành trình phát triển của bộ nhớ lưu trữ