Băng từ - Kẻ không thể giã từ

Trong khi công nghệ ổ đĩa đang dần đạt đến giới hạn, băng từ vẫn được cải tiến từng ngày để tiếp tục là một trong những phương tiện lưu trữ không thể thiếu của tương lai, dù đa số dân ngoại đạo vẫn nghĩ nó đã thành đồ cổ từ lâu.

Đầu tháng 4 năm nay, Cơ quan Tối ưu hóa chính phủ (DOGE) của Mỹ thông báo trên mạng xã hội X rằng họ đã giúp một cơ quan chính phủ nước này tiết kiệm được 1 triệu USD nhờ chuyển đổi 14.000 tài liệu được lưu trữ trên băng từ sang định dạng kỹ thuật số. 

DOGE miêu tả băng từ là "công nghệ lưu trữ thông tin 70 năm tuổi". Thế nhưng ít ai biết, dù trải qua nhiều thập kỷ chứng kiến sự ra đời của các công nghệ lưu trữ mới hơn, băng từ vẫn có sức sống bền bỉ và còn được sử dụng rộng rãi đến tận hôm nay.

70 năm vẫn hữu dụng

Bài đăng của DOGE đã vấp phải phản ứng từ những người làm trong mảng công nghệ của Chính phủ Mỹ, nơi thực tế vẫn còn sử dụng băng từ rộng rãi. Có thể kể: Cơ quan hàng không vũ trụ Hoa Kỳ (NASA) dùng băng từ để sao lưu lượng lớn dữ liệu được ghi lại bởi các vệ tinh của họ, Cơ quan thuế vụ IRS cũng lưu trữ rất nhiều hồ sơ của người nộp thuế trên băng từ.

"Ngay cả với những tiến bộ trong công nghệ lưu trữ thể rắn (SSD), băng từ vẫn là cách rẻ nhất để lưu trữ lượng lớn dữ liệu" - tạp chí The Economist viết. Nếu được bảo quản đúng cách, băng từ có tuổi thọ lâu hơn so với ổ đĩa cứng. Chúng hoàn toàn bảo mật trước tấn công tin tặc, và một khi dữ liệu đã được ghi lên băng thì hầu như không tiêu tốn năng lượng để duy trì.

Theo Tổ chức nghiên cứu hạt nhân châu Âu (CERN), lưu trữ bằng băng từ có giá rẻ hơn từ 3-5 lần so với ổ đĩa HDD, còn SSD - công nghệ thường thấy trên điện thoại di động và máy tính xách tay - thì còn đắt hơn HDD gấp chục lần. 

Điều này có thể lý giải tại sao Google, một trong những công ty có nhu cầu lưu trữ cực lớn, cũng là một trong những đơn vị chi nhiều tiền nhất để sở hữu những thư viện băng từ hiện đại.

"Trên thực tế, phần lớn dữ liệu của thế giới vẫn được lưu trữ trên băng từ, bao gồm dữ liệu về khoa học cơ bản như vật lý hạt và thiên văn vô tuyến, di sản nhân loại và lưu trữ quốc gia, phim ảnh, ngân hàng, bảo hiểm, thăm dò dầu mỏ..." - tạp chí IEEE Spectrum liệt kê.

Sự phát triển của trí tuệ nhân tạo (AI) cũng là chất xúc tác bất ngờ cho nhu cầu đột biến đối với băng từ. Năm 2023, các nhà sản xuất băng từ trên thế giới đã giao số lượng băng từ có tổng sức chứa kỷ lục 153 exabyte (tương đương 153 tỉ gigabyte) đến các khách hàng của mình, theo The Economist. 

Có hàng triệu km băng từ đang nằm trong những cơ sở dữ liệu trên khắp thế giới. Một cách gián tiếp, hầu hết máy tính của người dùng đều đang hoạt động dựa vào công nghệ băng từ mỗi ngày, TS Mark Lantz của IBM nói với The Economist.

Nói cách khác, DOGE đã sai lầm khi coi băng từ là một thứ đồ cổ lỗ, gây tốn kém, cần phải xóa bỏ.

Cải tiến từng ngày

Khi nói đến băng từ, người dùng phổ thông hình dung ngay đến những chiếc băng cassette "đồ cổ" - phương tiện sản xuất và truyền bá âm nhạc phổ biến một thời. 

Theo IBM, các kỹ sư người Đức vào những năm 1930 đã hoàn thiện công nghệ băng từ làm bằng thép, và các kỹ sư IBM đã thử nghiệm thành công vật liệu nhựa phủ từ tính từ những năm 1940, với ý định sử dụng nó để lưu trữ và truy xuất dữ liệu.

Năm 1953, IBM giới thiệu ổ đĩa băng từ được chứa trong cột chân không trong thiết kế của dòng máy IBM 701 - phát minh phá vỡ thế bế tắc của ngành công nghiệp bộ nhớ và lưu trữ, giúp băng từ được sử dụng ngày càng rộng rãi.

Mặc dù công nghệ băng từ đã tồn tại hơn 70 năm, nó không hề giậm chân tại chỗ mà vẫn đang được cải tiến mỗi ngày. Năm 2015, nhóm nghiên cứu của Lantz đã công bố một phiên bản có khả năng lưu trữ 123 gigabyte trên mỗi inch vuông.

Đến tháng 12-2020, họ đã công bố một thiết kế có mật độ lên đến 317Gb/in2. Theo The Economist, không có đối thủ cạnh tranh nào của băng từ có thể sánh kịp với tốc độ tăng trưởng đáng kinh ngạc này.

Đỉnh cao của băng từ như một phương tiện lưu trữ dữ liệu dành cho máy tính là vào những năm 1950. Ổ đĩa cứng ra mắt vào năm 1956 nhanh chóng được xem là công nghệ ưu việt hơn và hiện nay công nghệ này đã đạt mật độ trên 1.000Gb/in2. 

Tuy nhiên, nhược điểm của nó là chi phí cao hơn, tuổi thọ ngắn hơn và sinh ra nhiều nhiệt hơn khi hoạt động. Điều này khiến băng từ vẫn là phương tiện được lựa chọn hàng đầu cho dữ liệu "lạnh" - những loại dữ liệu không cần được trích xuất thường xuyên mà chỉ nhằm mục đích lưu trữ là chính.

Mật độ lưu trữ cao hơn băng từ là vậy, ổ đĩa cứng đang tỏ ra hụt hơi trên đường đua dài khi tốc độ cải tiến đã giảm đi thấy rõ. Những năm 1990, mật độ lưu trữ ổ cứng tăng gấp đôi mỗi năm, nhưng đến thập niên 2010 thì tốc độ tăng trưởng đó đã giảm xuống chỉ còn 7,6%, theo The Economist. 

Trong khi đó, mật độ lưu trữ của băng từ vẫn tăng đều đặn 34% mỗi năm trong suốt gần ba thập kỷ. Với tốc độ này, người ta dự báo băng từ có thể bắt kịp ổ cứng về mật độ lưu trữ trong thời gian không xa.

Dù có thể mất một thập kỷ để kết quả của những công trình nghiên cứu tăng khả năng lưu trữ của băng từ như của nhóm TS Lantz có thể được ứng dụng trong sản xuất, sự cải tiến không ngừng này tiếp tục củng cố niềm tin vào tính hữu ích lâu dài của băng từ.

Kỳ vọng "tồn tại mãi mãi"

Nhu cầu lưu trữ thông tin của nhân loại chỉ tăng chứ không giảm, và băng từ được kỳ vọng sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong bức tranh chung của các công nghệ lưu trữ tương lai. 

Theo IEEE Spectrum, các nghiên cứu chỉ ra lượng dữ liệu được tạo ra trên toàn thế giới đang tăng với tốc độ 30-40% mỗi năm. Một số ước tính cho thấy dữ liệu tạo ra trong năm 2025 sẽ nhiều gấp bốn lần so với năm 2019.

Tháng 10-2022, IBM giới thiệu Thư viện băng từ Diamondback, tái khẳng định quan điểm băng từ là một hình thức lưu trữ dữ liệu sẽ tồn tại mãi mãi. "Băng từ đã được biết là có thể tồn tại giữa sa mạc trong 40 năm và vẫn có thể phục hồi được (dữ liệu)" - tạp chí Popular Science dẫn lời Shawn Brume, chiến lược gia mảng lưu trữ tại IBM. 

IBM cho rằng tính chất này khiến băng từ trở thành phương tiện lý tưởng để lưu trữ những dữ liệu không cần truy xuất thường xuyên.

Bên cạnh đó, băng từ cũng có thể đóng vai trò một bản sao lưu cực kỳ an toàn trước tấn công mạng, bởi dữ liệu ghi trên chúng có thể hoàn toàn được "ngắt kết nối" và cất vào kho vật lý. "Băng từ không sử dụng năng lượng khi dữ liệu ở trạng thái nghỉ. Ngay cả khi dữ liệu được truy xuất, nó cũng tiêu tốn rất ít năng lượng" - Brume giải thích.

Ngày nay, một hộp băng từ tiêu chuẩn có kích thước khoảng 3x3 inch, dày 3/4 inch. Mỗi hộp như thế có thể chứa đến 18 terabyte dữ liệu chưa nén hoặc 45 terabyte dữ liệu đã nén. IBM cho biết họ đang tiếp tục nghiên cứu để nhân đôi khả năng lưu trữ này trong thế hệ băng từ tiếp theo. 

Thư viện băng từ Diamondback của IBM có thể lưu giữ lên đến 69 petabyte (69 triệu gigabyte) thông tin trong khi chiếm diện tích chưa đến 1m2. Băng từ cũng cực kỳ đáng tin cậy, với tỉ lệ lỗi thấp hơn từ 4-5 lần so với ổ cứng, theo IEEE Spectrum.

Các công ty quy mô siêu lớn - những công ty đã phát triển đến mức có thể cung cấp cơ sở hạ tầng của mình cho công ty khác hoặc tạo ra lượng dữ liệu khổng lồ từ hạ tầng đó - luôn cần nhiều hình thức công nghệ khác nhau để xử lý nhiều loại dữ liệu đi vào hệ thống của họ. Đó là những tổ chức như CERN, hoặc các tập đoàn như Amazon, Google, Meta, Baidu, Alibaba hay Tencent.

"Băng từ tốt hơn ổ cứng và USB về tuổi thọ, chi phí tài chính và chi phí phát thải carbon, nhưng thua kém về tốc độ truy cập" - Johnny Yu, giám đốc nghiên cứu tại công ty nghiên cứu thị trường IDC, nói với Popular Science. 

Ngoài ra, các nhu cầu sử dụng mới cho băng từ vẫn đang xuất hiện mỗi ngày: những loại dữ liệu có giá trị nhưng ít cần được truy cập như hệ thống kết xuất, phân tích, mô hình và mô phỏng, theo Christophe Bertrand, giám đốc thực hành quản lý dữ liệu và phân tích tại công ty phân tích công nghệ thông tin ESG.

"Cũng như SSD không thay thế hoàn toàn HDD, HDD cũng không thay thế hoàn toàn các hệ thống sử dụng băng từ. Tất cả những công nghệ này cùng tồn tại trong một kiến trúc lưu trữ phân tầng, trong đó chi phí và độ trễ được cân bằng ở mọi cấp độ của hệ thống" - Popular Science dẫn lời James Bain, giáo sư ngành kỹ thuật điện và máy tính tại Đại học Carnegie Mellon.

Năm 2015, tổ chức Information Storage Industry Consortium bao gồm các công ty HP, IBM, Oracle và Quantum, cùng một loạt nhóm nghiên cứu học thuật, công bố "Lộ trình lưu trữ băng từ quốc tế". Theo đó, lộ trình này dự báo rằng mật độ diện tích lưu trữ băng từ sẽ đạt 91Gb/in2 vào năm 2025. Với tốc độ đó, nó sẽ vượt mốc 200Gb/in2 vào năm 2028. 

"Vậy nên dù bạn hiếm khi nhìn thấy nó bên ngoài những bộ phim trắng đen, băng từ vẫn sẽ tồn tại trong nhiều năm tới dù có già cỗi đến thế nào" - IEEE Spectrum nhận xét.