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광자기 디스크(Magneto Optical Disc)
광자기 디스크 샘플
광자기 디스크는 1983년에 발명된 광학디스크의 일종이다. 보통 약자로 MO 디스크라고 하며, ‘엠오’디스크, 혹은 ‘모’디스크라고 발음한다. 디스크를 읽을 때는 광학으로, 쓸때는 광학과 자기를 복합적으로 이용하는 독특한 구성을 사용한다. 동시기에 나온 CD와 달리 여러번 다시 쓸 수 있다는(Rewritable) 점이 가장 큰 특징으로, CD가 일반 소비자 중심으로 사용되었다면 MO 디스크는 웍스테이션 및 특수분야의 고용량 저장장치로 사용되었다.
일반적으로 알려진 MO디스크는 3.5인치 플로피 디스크처럼 플라스틱 커버(캐디)로 씌워진 형태로 사용되었으며, 상용화된 디스크는 표준적으로는 90mm(3.5인치) 규격과 130mm(5.25인치) 규격이 있다. 독특한 기록방식으로 인해 상당히 안정적인 작동이 가능하여 높은 신뢰도가 필요한 곳에서 사용되었다. 가격적인 장벽이 상당히 높았음에도 불구하고 80년대 중 후반부터 90년대 초반까지 미국이나 일본에서 의외로 널리 사용되었으며 당시 영화나 서브컬쳐작품에서도 데이터 전달매체로 종종 등장하곤 했다.
널리 알려지지는 않았지만 IBM에서도 독자규격의 광자기 디스크를 사용하였고 소니에서 만든 독자규격인 미니 디스크 또한 광자기 방식을 사용하는 친척에 해당하는 광자기디스크이다.
렌즈가 읽어내는 디스크 표면도. 좌상 프레스CD, 우상 CD-R, 좌하 CD-RW, 우하 MD
광자기 디스크 표면
광자기디스크는 CD등의 광학디스크와 달리 기록에 자성을 이용하는데, 플래터에 코팅된 강자성(ferromagnetic)을 지닌 매체를 사용하여 자성의 N극과 S극 방향을 변조시켜 기록하는 방식을 사용한다.
좀 더 자세히 설명하자면 디스크 안쪽의 플래터에 코팅되어있는 테르븀-철-코발트 합금이 가진 자성변화 특성을 이용하는 것으로, 테르븀은 특정 온도이상에서는 자성을 잃고 상온에서는 자성을 되찾는 특성을 가지고 있는데, 이 점을 이용해서 레이저로 가열하여 값을 초기화하고 전자석으로 극성을 유도한 후 온도가 내려가면 원하는 극 방향을 유지한채로 자성을 되찾는 구조로 특정지점의 자성상태를 원하는 형태로 조절하여 값을 저장하는 방식을 사용한다.
읽는 방법은 광학적인 기법만을 이용하여 기록된 디스크 표면의 플래터에 레이저를 쏘았을때 반사되는 빛이 자기광 커 효과(magneto-optic Kerr effect)에 의해 자극에 따라서 편광 형태가 달라지는 것을 이용해서 0과 1을 구분해서 읽어내는 방식이다.
기록 방법은 고출력의 레이저를 쏘아서 값을 쓰고자하는 지점을 가열하여 퀴리 포인트(Curie Point) 이상으로 가열(600~800도)하면 해당지점에 구성된 자성이 무효화되어 기록된 값을 삭제된다. 이 고온상태에서는 외부의 유도자기에 의해서 자성을 조절할 수 있는 상태가 된다. 따라서 값이 초기화 된 상태에 렌즈 반대편에 위치한 전자석을 이용해서 해당 지점의 극성을 유도하여 원하는 자극으로 변경하여 원하는 값을 기록한다. 이후 온도가 내려가면 유도된 자극이 유지되면서 안정화되어 값이 유지되게 된다. MO 디스크는 기본적으로 기록 단계 이후에 해당 값이 제대로 기록되었는지를 확인하는 단계가 포함된다. 체크 후 만약 해당 포인트에 제대로 값이 기록되지 않았다면 처음 과정으로 돌아가서 해당 포인트의 값을 재기록하도록 시도하거나 실패보완 기법을 이용해서 기록을 하게 된다. 이러한 기록 확인 기법은 디스크의 신뢰도를 높여주는데 큰 기여를 하게되는데, 이러한 데이터 확인과 실패보완 기능은 이후 DVD나 블루레이 디스크 기록방식에도 영향을 끼치게 되었다.
읽기속도는 CD등과 비교해도 빠른편이었으나 위에 설명한바와 같이 복잡한 구조로 인해 쓰기속도가 무척이나 느렸는데, 이는 복잡한 광자기 디스크의 쓰기기능 구조때문이라 후에 과정을 단순화시킨 DirectOverWrite(바로덧쓰기, DOW) 기법을 적용한 제품도 나왔으나, 해당 기능을 지원하는 전용 드라이브와 매체를 사용해야했기에 호환성에 문제가 있었다.
일반적으로 사용된 캐디형 MO디스크는 130mm(5.25인치) 드라이브와 90mm(3.5인치) 드라이브가 별도로 발매되었는데, CD와 달리 캐디에 담겨진 MO디스크 규격상 상호호환성은 없었다. 그리고 130mm 디스크의 경우에는 단면 제품만 존재하는 CD와 달리 LD처럼 플래터 두장을 붙여넣는 형식을 이용해 디스크의 양면을 이용하는 것도 가능했는데(한면만 사용하는 제품도 있다), 이 때문에 양면을 사용하는 디스크의 경우에는 한 면에는 디스크의 총 용량의 절반만을 사용할 수 있다(그래서 규격상 디스크 두께가 플로피디스크의 두배나 두껍다). 단 읽기전용인 LD와 달리 쓰기기능이 기본장착된 MO 디스크 드라이브는 쓰기를 위해서 레이저 반대쪽에 전자석이 배치되어야하는 공간 특성상 양면 드라이브가 따로 나오지는 않아서 디스크를 뒤집어가면서 써야했다.
초기의 128MB MO디스크는 CAV형식으로 기록을 하였으나, 256MB 이상의 디스크는 기록 효율을 향상시키기 위해 지름에 따라서 섹터수를 다르게 저장하는형태로 개선된 ZCAV(Zoned Constant Angular Velocity) 방식을 사용한다. 광자기 디스크 표면에 보이는 특유의 문양같은 것은 트랙 지름에 따라서 섹터 구역을 나누기 위해서 물리적으로 프레싱한 구역(Zone)이다.
광디스크이긴 하지만 캐디에 수납된 형태로 보급되었기 때문에 외부의 충격으로부터 강했으며 광학적으로 기록을 하는 CD-R등의 매체와 달리 자성을 통해서 기록하는 방식이라서 햇빛이나 자외선 등에 의해서 수명이 급감하는 효과도 거의 없다. 또한 기록방식의 특성상 레이저로 고열가열한 후에만 자극이 변하는 관계로 일반적인 온도에서는 자성물질에의한 데이터 변형 위험도 매우 낮아서 안정적인 매체로서 인정받고 있었다.
초기에 규격화된 용량이 고정적이었던 CD나 DVD등의 다른 매체들과 달리 MO 디스크 규격은 계속해서 확장되어 1991년 128MB로 시작하여 230MB, 540MB 등으로 용량이 확장되다가 최종적으로 130mm(5.25인치) 디스크는 2002년에 9.1GB 매체 규격까지 확정되었으며, 90mm 디스크는 2005년에 2.3GB 용량 규격까지 확장되었다. 문제는 이 디스크들이 드라이브에 따라서 완벽하게 호환이 되지 않는다는 점이다. 특히 후반에 용량확장을 위해서 각 드라이브 벤더들이 자체적으로 규정한 방식이 표준화보다 먼저 나온 경우가 많아서 호환성에 문제가 되기도 했다.(90mm제품의 용량이 상대적으로 크게 적은 이유는 130mm 디스크와 달리 양면스펙이 아니기 때문이다)
광자기 디스크가 사용하는 기반기술은 1972년 IBM에서 새로운 기록매체 개발을 위해 합금연구를 하는 과정에서 발견된 테르븀-철-코발트 합금의 특성(상세설명 참조)을 확인한데서 시작되었다. 당시 이 합금을 이용한 저장매체의 활용방안은 개념적으로는 있었으나 실제로 상품화하기위한 장벽이 있어서 당시에는 바로 실용화되지 못했다.
그러다가 CD가 선보인 이듬해인 1983년 아인트호벤에서 열린 73회 AES 학회에서 Kees Schouhamer Immink 와 Joseph Braat가 이 합금과 광학디스크를 결합시킨 연구를 발표하게 되었다.1) 이 기술은 이후 개량을 거쳐 1985년 작동되는 제품을 만드는데 성공했고, 이후 실사용 문제를 해결하고 규격을 확정하는데 좀 더 시간이 걸려서 1990년에 130mm 디스크 규격이 ISO에 표준화로 제정되었고 1991년 상품화에 성공했다. 이것이 일반적으로 부르는 MO디스크이다. (앞서 기반기술을 연구했던 IBM도 1991년에 90mm 사이즈의 광자기디스크를 만들었는데, 해당 디스크는 일반적으로 사용된 MO 디스크와는 다른 캐디가 없는 IBM 자체 광자기 디스크였다)
초창기에는 CD-R처럼 한번만쓰기가 가능한 일회용 기록(Write Once, Read Many) 매체로서 선보였으나 곧 여러번 쓸 수 있는 재기록(ReWritable) 기능이 추가되면서 효용성이 확장되었다. 또한 1992년에는 90mm 사이즈의 디스크규격이 ISO 표준으로 제정되면서 130mm 규격과 공존하게 되었다.
NeXT 컴퓨터에 부속된 캐논의 MO디스크 드라이브
초기에는 주로 SCSI 인터페이스를 이용한 드라이브가 선보였으며, NeXT 컴퓨터에 장착되어 판매되는 것을 시작으로 유명세를 타기 시작했다. 1990년대 초중반까지는 NeXT 뿐만 아니라 IBM을 비롯한 다양한 업체들이 MO디스크를 비롯한 광자기 디스크를 지원하였고, 재사용이 가능하다는 점을 내세워 적지않은 사용자를 확보했다. 당시 광학장비에 강세를 보이던 일본쪽 업체들이 많은 진출을 했으며 미국업체들도 많이 진출해있었다. 특히 1992년 소니가 미니디스크를 내놓으면서(매체로서의 미니디스크(MD)는 MO디스크와는 구분되는 별개 상품이지만 기술적으로는 대동소이한 방식을 사용하는 유사매체에 해당한다. MD플레이어에 쓰기기능이 있는 제품과 재생만 가능한 제품이 따로있는 이유도 이 때문으로, 쓰기기능이 있는 제품은 MO디스크와 마찬가지로 자성을 이용한 기록을 하기때문에 재생전용기보다 많이 두꺼운 형태를 가지게 된다) 일반 소비자 시장에도 광자기디스크가 침투하기 시작하며 전성기를 누리게 되었다.
그러나 고가를 자랑하는 광자기디스크 드라이브는 일반 사용자들에게는 크게 어필하지 못했으며, 1990년대 중반에 이르러 CD-R을 비롯한 저렴한 기록가능한 CD매체가 시장에 쏟아지면서 광자기디스크의 포지션을 차지하기 시작했고, CD-RW 등의 재사용가능한 광학매체까지 나오면서 일반사용자 시장은 CD규격이 완전히 정복해버리는 결과를 낳게 된다. 이후 DVD까지 등장하면서 용량적으로도 메리트를 잃으면서 시장을 더더욱 잃었고 1990년대 말부터 플래쉬 메모리에 기반한 USB 디스크가 저렴하게 판매되어 접근성면에서 압도적인 차이를 보이며 소비자시장을 잠식하기 시작했다. 플래쉬 메모리는 이후 고용량화가 빠르게 진행되었고, MO디스크도 USB인터페이스를 지원하는 외장형 드라이브가 나오는 등 마지막 시도를 해보기는 했지만, 시장을 빠르게 빼앗겨 특수용도 이외에는 거의 소비되지 않는 매체로 전락하게 되었다.
그나마 독자규격이긴해도 소비자대상으로 마케팅을 해오던 소니의 미니디스크도 플래쉬 메모리기반의 MP3플레이어가 득세를 하면서 HiMD 등의 다양한 모색에도 불구하고 시장에서 밀려나게 되어 결국 2013년에 미니디스크 시장에서 철수하게 되면서 사실상 광자기 디스크의 시대는 저물고 말았다.
현재는 MO 디스크 자체를 생산하는 업체도 없는 상황이라서 과거에 생산된 공디스크가 꽤 고가에 거래되고 있는 형편이다. 광자기 디스크 드라이브는 한층 더 심각한 수준이라서 제대로 작동하는 양품의 경우에는 입이 벌어질 정도의 가격을 자랑한다.
IBM의 재기록 가능한 광자기 디스크 발명
MO 디스크에대한 심층 분석
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1) 쓰고지울 수 있는 CD를 향한 실험(Experiments Towards an Erasable Compact Disc Digital Audio System)
만든 날짜: 2020/02/04 16:05, 마지막으로 수정됨:: 2020/02/05 04:24, 저자: 에리얼