Un poco de ciencia, por favor

Los orígenes del almacenamiento de la información (VII): la aparición de los procedimientos ópticos: CD, DVD y BD

Ignacio Mártil
Catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembro de la Real Sociedad Española de Física

 

Continúo con la serie de artículos dedicados a los procedimientos de almacenar información: datos, imágenes, sonido, etc. Tras ver en artículos anteriores las tarjetas perforadas, las cintas y los tambores magnéticos, los tubos de Wiliams-Kilburn, las memorias basadas en ferritas y los discos duros magnéticos, en este artículo y en el siguiente analizaré los medios ópticos de almacenamiento. Denominamos así a tres tipos de soporte: el todavía popular CD ("Compact Disc"), el DVD ("Digital Versatile Disc") y el BD ("Blue Disc" o "Blu-ray"). Cada soporte posee capacidades de almacenamiento superiores al anterior:

 

 El aspecto exterior de los tres soportes ópticos es idéntico, difiriendo en sus capacidades

 

Aunque cronológicamente, las memorias basadas en semiconductores son anteriores a las memorias basadas en procedimientos ópticos, voy a describir estos últimos a continuación, y dejaré para los artículos finales de esta serie las memorias semiconductoras, ya que son el medio de mayor potencial futuro.

 

1. Una reseña histórica

A comienzos de la década de 1980, un nuevo procedimiento para almacenar información entró en la escena: la óptica llegaba para proporcionar una tecnología de uso sencillo y de gran capacidad como un nuevo actor capaz de competir en pie de igualdad con los medios magnéticos, hegemónicos en aquellos años y con los semiconductores, que se iban afianzando también. Como veremos, los medios ópticos crearon unas enormes expectativas, que se cumplieron solo en parte, ya que su dominio fue bastante efímero. Vamos a verlo.

1.1 El CD (1982)

El trabajo de investigación y de desarrollo del CD, que llegó al mercado en 1980, se lo debemos a las compañías Phillips y Sony y se convirtió rápidamente en una alternativa a los populares discos de vinilo y a los "cassettes". La generalización del CD fue posible gracias a la sinergia entre ambas empresas: por un lado, Philips había desarrollado la tecnología de fabricación del disco, pero carecía de la experiencia de grabación de audio en formato digital. Por su parte Sony tenía experiencia en el desarrollo y la aplicación de los circuitos de audio digitales, pero carecía de los conocimientos necesarios para hacer el soporte físico funcional. Fruto de esa colaboración se obtuvo el formato de 12 cm de diámetro para los CD y las características de los reproductores que se utilizan hoy en día.


La presentación en sociedad del CD

 

El 17 de agosto de 1982 se puso a la venta el álbum "The Visitors" del grupo sueco ABBA, que fue el primer disco compacto de música comercial del mundo, fabricado en Langenhagen, Alemania por Polygram Records, una subsidiaria de Royal Phillips Electronics. Cuando el CD salió a la venta en noviembre de ese año, ya se habían producido unos 150 títulos. Los CD revolucionaron la industria de la música en la década de 1980, reemplazando al disco de vinilo y la cinta de cassette. En años sucesivos, la venta de CD ha sido eclipsada por la música digital, pero aún se venden por decenas de millones cada año:

 

Izquierda: Carátula del primer CD de música comercial, del grupo sueco ABBA. Derecha: publicidad del álbum "Brothers in Arms" del grupo Dire Straits, que  fue el primer álbum en formato CD que vendió más de un millón de copias. Como reclamo publicitario, el grupo y Philips promovieron el CD como un medio con una elevada calidad del sonido

 

En 1985 los CD comenzaron a utilizarse para almacenar datos en ordenadores, bajo la denominación CD-ROM (Read Only Memory, memoria de sólo lectura). El mismo año, las empresas de informática y electrónica trabajaron de manera cooperativa para establecer un estándar para los discos de manera que cualquier ordenador pudiera acceder a la información. El primer producto comercial de interés general basado en un soporte CD-ROM, lanzado después de que Philips y Sony anunciaran el formato fue la Grolier´s Electronic Encyclopedia, que salió al mercado en 1985. Los 9 millones de palabras en la enciclopedia solo ocupaban el 12 por ciento del espacio disponible en el CD.

En 1990 fueron de nuevo Philips y Sony los que ampliaron la tecnología y crearon el CD grabable (CD-R). Aunque veremos con más detalle el procedimiento de grabación y lectura de un CD en el próximo artículo, este vídeo lo muestra de una manera sencilla y breve:

 

1.2 El DVD (1995)

En 1996 se introdujo el DVD, el sistema de almacenamiento óptico más difundido en los últimos 20 años, ya que gracias a su gran capacidad (4.7 GB), permite guardar contenidos audiovisuales. Dos grupos, compuestos principalmente por compañías tecnológicas japonesas, habían estado desarrollando formatos competitivos de almacenamiento de discos ópticos. Para evitar una guerra de formatos similar al choque entre el formato VHS (Video Home System) y el Betamax de la década de 1980 en la tecnología de vídeo, IBM inició un grupo de trabajo de expertos en tecnología que mantuvieron negociaciones entre todas las empresas implicadas para lograr comercializar un formato unificado, el DVD. En este sentido, el DVD fue obra de un consorcio de empresas, denominado DVD Forum, integrado por gran número de compañías (Phillips, Sony, Toshiba, Time-Warner, Matsushita Electric, Hitachi, Mitsubishi Electric, Pioneer, Thomson y JVC). En 2003, Toshiba, Microsoft y NEC, acordaron desarrollar un DVD con prestaciones superiores, denominado HD-DVD (High Density DVD), que puede almacenar hasta 30 GB. Tuvo un recorrido efímero, ante la aparición de su directo competidor, el Blu-ray, que veremos en el siguiente punto.

El DVD almacena los datos utilizando los mismos principios ópticos que el CD, aunque con capacidades de almacenamiento muy superiores a este. Esta vez, el DVD cambió la industria del cine, eliminando gradualmente el ampliamente utilizado VHS. Al igual que los CD, los DVD admiten formatos de solo lectura y lectura-escritura, y fueron ampliamente adoptados en la industria del cine para lanzamientos de películas destinadas principalmente a consumidores domésticos. Su mejor calidad de audio y video, interactividad y vida útil superior, hicieron que el formato VHS quedara obsoleto rápidamente. Pero, después de disfrutar de su día al sol, el DVD fue eclipsado por la siguiente generación del formato óptico de grabación: el disco Blu-ray.

 

1.3 El Blu-ray (2003)

Finalmente, tras la invención del láser azul a finales de los años 90 del siglo pasado, se lanzó al mercado el BD en 2003, también de la mano de otro consorcio de empresas denominado Blu-ray Disc Association, en el que se integraron las grandes compañías del sector: Sony, Matsushita, Pioneer, Philips, Thomson, LG, Hitachi, Sharp y Samsung.

Este disco de alta definición admite y almacena 25 GB de video de alta definición, que son alrededor de 36 CD.  El Blu-ray debe su nombre al color azul del rayo láser (blue ray significa ‘rayo azul’). La letra "e" de la palabra original blue fue eliminada debido a que, en algunos países, no se puede registrar para un nombre comercial una palabra común.

Se produjo una breve batalla de formatos de almacenamiento entre el Blu-ray y el HD-DVD, un formato que estaba siendo respaldado en un esfuerzo encabezado por Toshiba. Finalmente prevaleció el Blu-ray.

 

2. Comparando el CD, el DVD y el BD

Cualitativamente, tanto el CD, como el DVD, HD-DVD y el BD funcionan de manera completamente análoga, tanto en procedimientos de lectura, como de grabación de discos, por lo que me limitaré a destacar las diferencias entre los tres.

El cambio principal entre los tres sistemas estriba en la longitud de onda del láser de lectura y en la densidad de información almacenada en el disco, que viene determinada por el tamaño de las protuberancias y por la separación entre dos pistas consecutivas. Cuanto más corta es la longitud de onda del láser de lectura, menor es el área ("spot") con el que ilumina la superficie y por consiguiente, menor puede ser el tamaño de las protuberancias, reduciéndose la separación entre dos pistas consecutivas, lo que trae aparejado un aumento en la cantidad de información almacenada. La figura ilustra todas esas diferencias para los tres medios:

Carcaterísticas principales del BD (izquierda), DVD (centro) y CD (derecha). En recuadro, se indica la densidad de información almacenada por unidad de superficie.

 

En el siguiente artículo de esta serie veremos cómo se realiza el proceso de grabación y lectura de la información en estos medios, que es idéntico en todos, variando únicamente la longitud de onda del láser de lectura de los datos.