I Big, Bad Bit Stuffers di IBM

Bob Fontana, membro di ricerca presso l'Almaden Research Center di IBM a San Jose, in California, scherza solo a metà quando dice che la Silicon Valley avrebbe dovuto essere chiamata Iron Oxide Valley. O anche Rust Valley. Perché per Fontana, è l'ossido di ferro, il materiale originale utilizzato per rivestire le unità disco che immagazzinano bit magnetici di informazioni, che ha alimentato la crescita della Silicon Valley.

Certo, potrebbe essere un po' di parte. IBM ha inventato l'unità disco a San Jose nel 1956, quando questa parte del mondo era più conosciuta per i frutteti di ciliegie che per i parchi industriali. Da allora, i ricercatori di Almaden hanno ripetutamente battuto il record di quanti dati possono essere archiviati su un disco. Avevano ripreso i loro vecchi trucchi lo scorso dicembre, quando Fontana e i suoi colleghi hanno spremuto più di 11 miliardi di bit (gigabit) su un singolo pollice quadrato di materiale magnetico. Ciò ha più che raddoppiato il precedente record di 5 miliardi di bit per pollice quadrato, stabilito nello stesso laboratorio solo un anno prima. Quanto sono 11 miliardi di bit? È all'incirca equivalente a 725.000 pagine di testo a doppia spaziatura, che si accumulerebbe più in alto di un edificio di 18 piani. In ogni caso, questo è stato un grande risultato scientifico.

Questa storia faceva parte del nostro numero di luglio 1998

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Questo salto di qualità ha avuto un effetto drammatico su ciò che i personal computer possono fare. Sono questi dischi rigidi di grande capacità che hanno reso pratico per gli utenti di computer mantenere grandi quantità di software estremamente sofisticato sulle loro macchine, ad esempio. I grandi dischi rigidi hanno anche favorito la trasformazione dell'informatica da un'attività testuale a una piena di immagini e suoni. Inoltre, il modo in cui viene gestito il progetto dell'unità disco evidenzia lo sforzo di IBM di ricollegare la ricerca di base allo sviluppo del prodotto al servizio dell'innovazione.

I successi di Almaden sono ormai così ben accetti nel mondo dell'informatica che l'annuncio a dicembre dell'ennesimo nuovo record non ha fatto grandi titoli. Anche i concorrenti hanno alzato le spalle. Tutti nel pubblico dicevano, certo, è quello che stavamo aspettando di sentire, afferma Gordon Knight, chief technical officer di TeraStor, una startup della Silicon Valley che sta sostenendo un diverso tipo di tecnologia di storage rispetto a quella di IBM. Ma sotto questa calma superficie di aspettative soddisfatte si nasconde una storia sorprendente.

Riempire una Hall of Fame

Il mondo non è sempre stato così disinvolto riguardo alle scoperte di IBM. Dopotutto, l'archiviazione magnetica doveva ormai essere morta, sostituita da dispositivi di archiviazione ottici o da qualche altra tecnologia. Anche IBM la pensava così: nel 1970, un ricercatore IBM pubblicò un documento che dimostrava che la tecnologia non sarebbe mai andata oltre i 200 megabit per pollice quadrato.

Ma invece di credere agli esperti dell'azienda, il team di Almaden ha superato un limite previsto per l'archiviazione magnetica dopo l'altro. Hanno scoperto soluzioni ingegneristiche per quelli che una volta erano considerati limiti fisici difficili. Nel 1989, il laboratorio di Almaden stava imballando 1 gigabit per pollice quadrato. Negli anni successivi, Almaden ha alzato la posta, dimostrando densità di 3, 5 e ora 11,6 gigabit per pollice quadrato. Il mercato ha iniziato a dare per scontato che la capacità di immagazzinamento magnetico raddoppierà ogni 18 mesi, seguendo all'incirca lo stesso ritmo febbrile dell'industria dei semiconduttori. La grande novità sarà quando IBM rallenterà.

Parla con Currie Munce, direttore dei sistemi di archiviazione e della tecnologia di Almaden, e si lamenterà che gli scienziati dell'archiviazione magnetica sono gli eroi non celebrati dell'era dell'informazione. Come tutti gli altri ad Almaden, a Munce piace evangelizzare l'archiviazione: stiamo cercando di spostare le cose meccanicamente su una distanza millimetrica in millisecondi e di farle stabilizzare entro decimi di micron in pista, dice. È una grande scienza.

Una visita a una particolare stanza ad Almaden mostra fino a che punto IBM è andata avanti con la tecnologia. Appeso a una parete c'è un singolo piatto arrugginito del disco originale del 1956, esposto con orgoglio come una rock star potrebbe sfoggiare un disco di platino. Nel 1956, le unità disco di IBM erano scatole delle dimensioni di un frigorifero che contenevano solo 5 megabyte, su 24 piatti, ciascuno di 2 piedi di diametro. Oggi l'azienda fornisce un'unità PC standard che contiene più di 16 gigabyte, circa 3.000 volte la capacità del suo prodotto originale. Metti l'unità del 1956 e l'unità del 1998 fianco a fianco, però, e hanno lo stesso aspetto tranne che per le dimensioni. Dave Thompson, direttore dell'Advanced Magnetic Storage Recording Laboratory di Almaden, afferma che gli inventori dell'unità disco originale potrebbero entrare nel suo laboratorio oggi e sapere esattamente cosa stava succedendo.

La densità di archiviazione dipende dalla dimensione del bit magnetico: quella porzione di spazio su disco a cui è dato un particolare orientamento magnetico, nord o sud, per rappresentare uno o zero binario. Al livello più elementare, l'obiettivo è semplice: rimpicciolire i bit ed espandere la capacità di archiviazione. Ma bit più piccoli emanano campi magnetici più piccoli, che a loro volta richiedono il posizionamento della testina di lettura, il dispositivo che rileva questi campi e li converte in segnali elettrici, più vicino alla superficie del disco rotante.

Più e più volte, il restringimento della tecnologia ha costretto gli sviluppatori di unità disco a confrontarsi con limiti fisici che all'inizio sembravano insormontabili. Ad esempio, la testa scorre su un cuscino d'aria creato dal disco rotante. La saggezza popolare riteneva che avvicinare troppo la testa alla superficie avrebbe schiacciato le molecole d'aria in uno spazio così piccolo che il cuscino di supporto sarebbe scomparso. C'era molta matematica a sostegno di queste conclusioni, afferma Barry Schechtman, direttore esecutivo del National Storage Industry Consortium (NSIC), un consorzio interaziendale di produttori di storage che finanzia la ricerca di base in diverse università. La felice realtà, tuttavia, era che questa teoria non era vera. La natura si è rivelata più intelligente delle nostre equazioni, che dovevano essere modificate, afferma Schechtman.

Ripensare la ricerca

Il drammatico progresso di Almaden nella registrazione magnetica è tanto più notevole se si considera la sua storia istituzionale. All'inizio degli anni '80, la divisione di ricerca di IBM aveva la reputazione di eseguire lavori brillanti che avevano poca rilevanza per l'attività dell'azienda. E anche quando i laboratori producevano risultati che avevano implicazioni commerciali, il passaggio ai gruppi di prodotti veniva spesso armeggiato, consentendo ad altre aziende di capitalizzare sulle scoperte di ricerca di IBM prima che lo facesse IBM. Nel 1981 IBM si era talmente allontanata dal mercato che Big Blue dovette mettere insieme i suoi primi PC con componenti, inclusi i dischi rigidi, realizzati da altre società.

Lo stesso edificio Almaden è un ritorno ai grandi laboratori di ricerca del passato, circondato da centinaia di milioni di dollari di immobili vuoti, dove l'unico suono è il vento che spazza sulle colline di Santa Teresa. Concepito alla fine degli anni '70, quando IBM aveva soldi da spendere, Almaden doveva essere un'istituzione vetrina per la ricerca pura alla pari dei Bell Labs di AT&T, del Palo Alto Research Center di Xerox e della struttura di ricerca di IBM a Yorktown Heights, NY. l'edificio è stato completato nel 1985, tuttavia, il clima per la ricerca e lo sviluppo aziendale era cambiato. Il nuovo CEO John Akers, un uomo a cui piaceva usare parole come contenimento dei costi e razionalizzazione quando descriveva la missione di IBM, ha giocato con l'idea di smantellare del tutto la divisione di ricerca e disperdere i suoi dipendenti in vari gruppi di prodotti.

Fuori dalla Torre d'Avorio

La sfida da 1 gigabit è stata il catalizzatore di altri profondi cambiamenti che hanno portato i ricercatori di Almaden fuori dalla loro torre d'avorio e nel mondo reale dei profitti e delle perdite. Almaden ha iniziato a svolgere regolarmente un lavoro di sviluppo congiunto con la divisione Storage Systems di IBM, il gruppo di prodotti a valle. Ben presto, un terzo del budget per la ricerca di Almaden proveniva dalla divisione prodotti. Munce ritiene che il rapporto tra i finanziamenti dia chiarezza al gruppo di ricerca senza compromettere l'indipendenza.

Il cambiamento nel finanziamento ha anche creato un nuovo modo di pensare all'innovazione, dice Munce. Dieci anni fa l'atteggiamento qui era: se non l'ho inventato io, non voglio lavorarci sopra, perché non mi merito, spiega. Oggi cerchiamo di dire: se lo inventi in laboratorio, o se sei il primo a prenderlo dal laboratorio di qualcun altro e renderlo rilevante, non ci interessa.

Munce ricopre una posizione manageriale congiunta che riporta sia alle divisioni di ricerca che di prodotto. Era una posizione creata nei primi anni '90 per rendere ancora più stretti i legami tra i due gruppi. Partecipa alle riunioni delle divisioni di prodotto e poi cerca di capire quale ricerca è necessaria per servire le loro missioni. Indossando il suo cappello di ricerca, il suo compito è influenzare le divisioni di prodotto di IBM per muoversi in direzioni che traggono vantaggio dal lavoro che esce dai laboratori. Il mio lavoro è davvero quello di gestire l'innovazione, dice. Dobbiamo essere separati in modo da poter innovare, creare e motivare le persone a fare una buona ricerca. Ma abbiamo bisogno di essere connessi per portare la tecnologia sul mercato.

Un esempio grafico di quanto il team di ricerca si sia evoluto rispetto alla visione originale di Almaden è lo stesso Advanced Magnetic Recording Laboratory. Il laboratorio, progettato dal membro del personale di ricerca Fontana, è gestito congiuntamente da gruppi di ricerca e di prodotto. Due anni dopo l'apertura dei battenti dell'Almaden, Fontana convinse i suoi dirigenti a sventrare un'ala al primo piano. Questa ristrutturazione gli ha dato un laboratorio di 5.000 piedi quadrati per fare il lavoro di prototipazione, il tipo di lavoro che veniva svolto dagli ingegneri di prodotto di IBM invece che dal suo personale di ricerca. Questo laboratorio fornisce strutture per la costruzione rapida di componenti, consentendo ai ricercatori del piano superiore, specialisti in testine di lettura, testine di scrittura, scienza dei materiali e altre aree critiche per la tecnologia delle unità disco, di testare se le loro innovazioni funzionerebbero insieme.

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