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Es begann mit einer Strumpfhose

Fünfzig Jahre nach ihrer Erfindung ist eine der wichtigsten Errungenschaften der Computertechnik so unverzichtbar wie nie: die Festplatte.

Ein halbes Jahrhundert rasanter Entwicklung liegt zwischen der ersten, schrankgrossen Festplatte und dem münzengrossen Microdrive.

Im Sommer 1952 fiel dem Leiter des IBM-Forschungslabors im kalifornischen San Jose, Ray Johnson, eine ungewöhnliche Szene auf. Die Sekretärin der Abteilung zog inmitten aller Ingenieure ihre Strumpfhose aus. Umgehend zitierte er Bill Crooks, einen seiner Mitarbeiter, zu sich. «Ich weiss nicht, ob ich die Antwort hören will, aber was geht da vor sich?», fragte Johnson Crooks. Der damals 32-Jährige vermochte seinen Vorgesetzten zu beruhigen. Die junge Dame hatte beobachtet, wie die Forscher vergeblich versuchten, Farbe zu reinigen und von Klumpen zu befreien. Also schlug sie ihnen vor, ihre Nylonstrümpfe als Filter zu verwenden und stellte sie ihnen zugleich zur Verfügung. Das Experiment gelang, und die klumpenfreie Farbe konnte endlich für die Beschichtung jener Metallscheiben mit 60 Zentimeter Durchmesser benutzt werden, die vier Jahre später in Stapeln von fünfzig Stück die erste Harddisk der Welt bildeten.

Rund eine halbe Tonne wog das Gerät, das im Herbst 1956 unter dem Namen Ramac 350 auf den Markt kam (Random Access Method of Accounting and Control). Es nahm den Raum zweier Kühlschränke ein und konnte rund 5 Millionen Zeichen speichern – etwa ein Foto einer aktuellen Digitalkamera. Ein Roboterarm bewegte den Lese-und-Schreib-Kopf die Ober- und Unterfläche der fünfzig Scheiben entlang, auf denen die Information als magnetische oder nicht magnetische Stellen gespeichert wurde.

Nach wie vor unverzichtbar

Die Festplatte, oder Neudeutsch Harddisk, ist heute unverzichtbarer denn je. In praktisch jedem Gerät, das grössere Datenmengen speichert, trifft man sie an: sei es im PC, im iPod oder im digitalen Videorecorder.

An der Bauweise hat sich in den letzten 50 Jahren wenig geändert. «Irgendwann wurde der Roboterarm mit dem einen Lese-Schreib-Kopf ersetzt durch einen Rechen mit je einem Kopf pro Scheibe», erinnert sich der heute 82-jährige Bill Crooks. Aber das wars denn auch schon.

«Neben der Zugriffszeit sind vor allem Grösse und Preis des Geräts geschrumpft», bestätigt Gian-Luca Bona. Der Schweizer ist Forschungsmanager am IBM Research Lab Almaden in San Jose. «Natürlich würden wir die Technik gerne ersetzen: Harddisks haben bewegliche Teile und sind relativ unzuverlässig.»

Aber die gute alte Disk ist bei weitem das kostengünstigste Medium überhaupt. «Es kostet heute mehr, auf Papier zu schreiben als auf eine Harddisk», sagt Bona. Die heute kleinste Disk, das Microdrive, vermag auf der Fläche eines Frankenstücks die rund tausendfache Datenmenge des Ramac zu speichern.

Die Datenmenge war jedoch nicht das Hauptziel für Ray Johnson und sein siebenköpfiges Team, zu dem Bill Crooks ab 1952 gehörte. IBM hatte sein Team an die Westküste geschickt, um beliebige Projekte zu starten, die am Hauptsitz an der US-Ostküste nicht bearbeitet wurden. Der Leiter, Ray Johnson, plante die Entwicklung eines nicht linearen Speichers, der die langwierige Suche nach Informationen auf Magnetbändern oder Abertausenden von Lochkarten aus Papier durch sofortigen Datenzugriff ersetzen konnte.

Oft totgesagt

Heute existieren diverse andere Speicher, die diese Anforderung erfüllen. Optische Datenträger etwa wie die CD und die DVD, auf denen statt mit Magnetismus mit stumpfen und spiegelnden Punkten geschrieben wird. Oder Flash-RAM, bekannt aus den Speicherchips für Digitalkameras oder dem iPod Nano, die aus gekreuzten Leiterbahnen bestehen, wobei an den Schnittpunkten Elektronen geladen oder entladen werden.

Aber keine dieser Technologien vermochte bisher die Festplatte wirklich zu verdrängen, die seit den Siebzigerjahren in regelmässigen Abständen totgesagt worden war. Die Informationsdichte könne aus physikalischen Gründen nicht mehr weiter gesteigert werden, hiess es wiederholt.

Inzwischen ist klar, dass die rotierenden Magnetscheiben weiterhin viel Spielraum für Verbesserungen aufweisen. «Heute vermögen wir 150 Gigabit (rund 18 Millionen Zeichen) auf einen Quadratzoll zu schreiben – und die Experten erwarten, dass wir das auf das Dreihundertfache werden steigern können», sagt Bona. Die Architektur der Harddisk sei derart erfolgreich, dass es sich lohne, sie immer weiter zu optimieren. «Eine ähnliche Effizienz in der Autoentwicklung würde bedeuten, dass wir uns heute mit Lichtgeschwindigkeit bewegten.»

Scheunenrot als Datenträger

Aber daneben läuft die Suche nach gänzlich neuen Speichermethoden. Im Vordergrund steht dabei bei weiterer Miniaturisierung die Zugriffsgeschwindigkeit. «Der grösste Teil der Speicherforschung ist heute Materialkunde», sagt Gian-Luca Bona. «Wir brauchen Stoffe, die zwei Zustände annehmen können, aber unter kontrollierten Bedingungen.» Das geht so weit, dass die Forscher erproben, ob sich die Drehrichtung eines Elektrons in einem Molekül ändern und danach messen lässt.

Vor einem ähnlichen Problem stand vor fünfzig Jahren schon Bill Crooks. Er hatte die Aufgabe, eine Farbe als Beschichtung für die Harddisks aufzutreiben, die sich punktuell magnetisieren liess. «Also bin ich in den Werkzeugladen in San Jose marschiert und habe nach einer Farbe auf Basis von Eisenoxid gefragt, erzählt er. «Man empfahl mir das Scheunenrot der Firma 3M: Es war die einzige Farbe, die in ausreichender Quantität vorhanden war, weil damit auch die Golden-Gate-Brücke gestrichen worden war.»

Runter auf fünf Atome

Fünfzig Jahre später hat die Komplexität der Forschung im gleichen Ausmass zugenommen wie die Kapazität des Speichermediums, wie Gian-Luca Bona in einer Tour d’Horizon darlegt: «Harddisk und Flash-RAM haben Zugriffszeiten im Bereich von Millisekunden – aber wir wollen einen Festspeicher mit 1000-mal schnelleren Zugriffszeiten. Die Leiterbahnen auf den Feststoffspeichern, die mit Fotolithografie hergestellt werden, sind 90 Nanometer breit. Aber wir wissen, dass wir sie auf 30 Nanometer verkleinern können – das sind dann nur noch fünf Atome.»

Vor zwanzig Jahren wurden in einer Chipfabrik neben Silizium eine Hand voll Metalle eingesetzt – heute finden sich im Herstellungsprozess eines Chips rund 80 Prozent des gesamten Periodensystems der Elemente. Die Forschung ist ausserdem längst interdisziplinär: Es gibt sogar eine Konvergenz zu biologischen Systemen, sagt Gian-Luca Bona.

Selbst vor der eigentlichen Logik der Maschinen machen die Forscher nicht Halt. Die jahrzehntealte Architektur von Computern zum Beispiel, die mit der Funktionsweise eines menschlichen Hirns nicht viel gemein hat, müsse im Hinblick auf bessere Datenverarbeitung und damit Speichersysteme überdacht werden.

Mit leiser Wehmut erinnert sich Bill Crooks daran, wie sein Chef Ray Johnson 1956 von all seinen Ingenieuren verlangte, dass sie über alle Projekte des Labors bis ins letzte Detail informiert waren, um jederzeit einspringen zu können. «So etwas ist heute angesichts der extremen Spezialisierung und der Fortschritte nicht einmal mehr in einer einzigen Disziplin denkbar.»

Ob der Heerscharen von Physikern, Metallurgen, Chemikern und gar Biologen, die an Speichertechnologien arbeiten, dürfte ihn der Durchbruch, der ihm als Mitglied von Johnsons Team 1956 gelang, mit leiser Genugtuung erfüllen: Immerhin dominiert die Harddisk auch fünfzig Jahre nach ihrer Erfindung das Feld. Bloss ist sie längst nicht mehr mit Scheunenrot beschichtet.