2TBホログラムメモリ開発に成功、その要因を聞く：DVDの400倍

東京理科大学は、5インチのディスクで2テラバイトのデータを記録できるホログラムメモリを開発した。成功の要因は、新しく開発した東京理科大学独自の「3次元クロスシフト多重方式」と「記録媒体の進化」だという。同大学の基礎工学部で教授を務める山本学氏に話を聞いた。

[庄司智昭，EE Times Japan]

　東京理科大学は2015年11月、5インチのフォトポリマーディスクで2テラバイト（TB）のデータを記録できるホログラムメモリ開発に成功したと発表した。データセンターや放送局などの高精細な映像を保存するのに適しているという。

5インチのフォトポリマーディスク。2テラバイトのホログラム多重記録が可能になったという （クリックで拡大） 出典：東京理科大学

　IDC（Internet Data Center）が2012年に発表した「THE DIGITAL UNIVERSE IN 2020」によると、電子データの記録/アーカイブ市場が急拡大しており、2012年に2.8ゼタバイト（ZB）だった全世界の電子データ量は、2020年に40ZBになると予想されている。その中で、公文書やニュース映像などは、100年という長期保存が求められている。つまり、高い記録密度や信頼性、運用コストの低減、低消費電力といった条件が求められるのだ。このアーカイブ市場の拡大が同ホログラムメモリ開発の背景にある。

　ホログラムメモリは1960年代から研究が進められ、日本の電機メーカーの多くも開発を手掛けた時期もあったが、相次いで撤退した歴史がある。今回、開発の成功に至ったのはなぜなのか。東京理科大学の基礎工学部で教授を務める山本学氏は、「成功の要因は、『3次元クロスシフト多重方式』と媒体の進化が合わさったことが大きい」と語る。

3次元クロスシフト多重方式とは？

東京理科大学の基礎工学部で教授を務める山本学氏

　従来のホログラムメモリの記録は、「角度多重方式」や「コリニア方式」が用いられていた。角度多重方式では、2つのレーザー光（平面波の参照光と信号光）を交差させたときに発生する光の干渉縞を利用する。交差した位置に媒体を置くことで、屈折率の強弱を3次元的にホログラムを記録することができる。データを同じ場所に重ねて記録（多重記録）し、高密度化できるのがホログラムメモリの特長だ。

　角度多重方式は、参照光の角度を0.1度ずつ傾けて、自動制御を行わなければ多重数が上がらない。0.1度ずつ自動制御を行うためには、0.01度で制御を行う精度がマージンとして求められる。しかし、「0.01度の精度では、媒体のチルトや反り、収縮などに対して敏感に反応してしまう」（山本氏）という。そのため、実用化に至らなかった。

　3次元クロスシフト多重方式は今回、東京理科大学が独自で開発した。球面の参照光を用いて、媒体をXY2次元空間で10μmずつシフトさせながら多重記録を行う。さらに、媒体の傾きを微小な角度ずらして記録すると、同じトラックに複数の多重ホログラム系列の重ね書きが可能になるという。これにより、高密度で安定した記録が可能になり、5インチディスクで、DVDの400倍となる2TBの大容量記録再生を可能にした。アクセスタイムや互換性、転送速度も実用化に必要な項目を達成し、実用化のめどを立てたとしている。

　ホログラムメモリは耐環境性も重要視されるが、山本氏は「フォトポリマーディスクは温度の変化によって多少の影響が出てしまうが、データセンターのような温度管理がしっかりと行われている領域では問題ない」と語った。

球面参照波を用いたシフト多重記録 （クリックで拡大） 出典：東京理科大学

3次元クロスシフト多重方式の説明図 （クリックで拡大） 出典：東京理科大学

東京五輪映像の記録用途として

　山本氏は、「今後は、3次元クロスシフト多重方式の実用化開発を進める。商用化としては、2020年の東京オリンピック/パラリンピック開催に伴う高精細映像の記録用途として活用されることを目指す」と語る。実用化へ向けた開発を共同で行う企業や団体、投資家も合わせて募集していくとしている。

　なお、同研究開発は新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の「エネルギー・環境新技術先導プログラム」プロジェクトによって始まっている。媒体の開発を行う三菱化学、NPO法人ナノフォトニクス工学推進機構、大日本印刷との共同開発である。