半導体技術分野の重要技術説明資料

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Ⅲ ストレージ・メモリ分野

序文今後のストレージと不揮発性メモリの利用形態に大きな影響を与えるものとして、インターネットの高速化と情報通信機器の高度化を挙げることができる。インターネットの高速化は、有線でも無線でも、動画などの大容量コンテンツを手軽に配布・受信することを可能にするであろう。またモバイル機器を中心とする情報通信機器の高度化は、小型化、多機能化、低消費電力化を軸に進むと思われる。このような社会的・技術的背景を念頭に、ストレージ・メモリ分野では、システム構築の視点から求められるストレージと不揮発性メモリの機能と特性を明らかにするとともに、それを実現するための各デバイス技術の可能性と課題を抽出した。さらにこれらの議論を受けて、個別企業の研究開発努力を超えて、広く産学官の連携により開発すべき重要課題の抽出も行った。なお、ストレージと不揮発性メモリはその利用形態と技術内容が大きく異なるため、別々の項目として取りまとめた。１．ストレージシステム構築の観点から利用形態のロードマップの議論を 5 つの分類で行った。大容量データの保存と供給に必要な「ネットワークサーバー用ストレージ」、家庭や事業所での利用を想定した「ホームサーバー・PC 用ストレージ」、モバイル機器や車載目的で使用される「モバイル用ストレージ」、コンテンツ配布用の「コンテンツ配布用ストレージ」、そして家庭やビジネスにおいて重要性が増している「コンテンツ保存・アーカイブ用ストレージ」である。次に、デバイス技術の観点から、「磁性系ストレージ技術」、「光系ストレージ技術」そして「新規ストレージ技術」を取り上げ、その実現のためのロードマップを議論した。磁性系ストレージ技術においては HDD の面記録密度を年率３０∼４０％以上で向上させることが必須であり、そのために必要な垂直磁気記録、分離トラック媒体、パターン媒体、近接場光を用いた熱アシスト磁気記録、TMR ヘッド、CPP-GMR ヘッド、スピントロニクスヘッドなどの各技術が議論された。光系ストレージ技術の課題は光の回折限界をこえる記録密度の向上である。そのために有効であると考えられる Super-RENS、多値記録などの二次元平面記録技術と、多層記録、体積ホログラムなどの三次元立体記録技術が議論された。新規ストレージ技術としては薄膜光ホログラムと MEMS プローブメモリの可能性が議論された。これらの議論を受け、産学官連携で開発すべき課題として、近接場光を用いた熱アシスト磁気記録、スピントロニクスヘッド、Super-RENS、体積ホログラム、MEMS プローブメモリを抽出した。２．不揮発性メモリシステム構築の観点から利用形態のロードマップの議論を４つの分類で行った。コンテンツの一時保管と持ち運びに使用される「コンテンツ保存用不揮発性メモリ（固体ストレージ）」、DRAM 置き換えなどの汎用メモリとして使用されインスタント・オンなどの利便性を実現する「メインメモリ用不揮発性メモリ」、モバイル機器の低消費電力化や個人認証など多様な利用形態が想定される「SoC 混載用不揮発性メモリ」、そして省スペース･多機能や超低消費電力など情報機器のノーマリー・オフ・コンピュータ化を可能とする「不揮発性ロジック」である。次に、デバイス技術の観点から、各不揮発性メモリ技術の可能性と課題を議論した。「フラッシ

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ュメモリ」では高集積化、高速化、書換耐性向上を実現する材料技術が必要である。「FeRAM」では書換耐性の向上と 1T-FeRAM 化が必要とされた。「MRAM」では MgO 系 MTJ を利用した出力電圧の向上とスピン注入技術による書込み電力低減技術の開発が必要である。「PRAM」では書込み電力低減、書換耐性向上が必要である。また RRAM、PMC-RAM、有機、分子、ナノチューブなどを用いた「新規不揮発性メモリ技術」についても議論された。これらの議論を受け、産学官連携で開発すべき課題として、MRAM と FeRAM におけるスケーラビリティーの実現を抽出した。ストレージ・メモリ分野の構造図ストレージストレージストレージストレージネットワークサーバー用ネットワークサーバー用ネットワークサーバー用ネットワークサーバー用ストレージストレージストレージストレージホームサーバー・ＰＣ用ホームサーバー・ＰＣ用ホームサーバー・ＰＣ用ホームサーバー・ＰＣ用ストレージストレージストレージストレージコンテンツ配布用コンテンツ配布用コンテンツ配布用コンテンツ配布用ストレージストレージストレージストレージコンテンツ保存・アーカコンテンツ保存・アーカコンテンツ保存・アーカコンテンツ保存・アーカイブ用ストレージイブ用ストレージイブ用ストレージイブ用ストレージ大容量、小型・高密度、高速大容量、低消費電力、安価、静音モバイル用ストレージモバイル用ストレージモバイル用ストレージモバイル用ストレージ小型薄型、軽量、超低消_{費電力、耐衝撃、大容量} 大容量、高速、低価格大容量、耐経時変化、高速、信頼性要求項目利用形態 2.5～3.5インチ HDD 2.5～3.5インチ HDD 0.85～1.8インチ HDD 光ディスク光ディスク、HDD、磁気テープ製品イメージ磁性系ストレージ技術磁性系ストレージ技術磁性系ストレージ技術磁性系ストレージ技術（方式、ヘッド技術、媒体技術等）光系ストレージ技術光系ストレージ技術光系ストレージ技術光系ストレージ技術（記録方式、多層化等）新規ストレージ技術新規ストレージ技術新規ストレージ技術新規ストレージ技術（カード型薄膜ホログラムメモリ、 MEMSプローブメモリ）不揮発性メモリ不揮発性メモリ不揮発性メモリ不揮発性メモリコンテンツ保存用メモリコンテンツ保存用メモリコンテンツ保存用メモリコンテンツ保存用メモリ（固体ストレージ）（固体ストレージ）（固体ストレージ）（固体ストレージ）メインメモリ用メインメモリ用メインメモリ用メインメモリ用不揮発性ロジック不揮発性ロジック不揮発性ロジック不揮発性ロジック大容量、安価、高速大容量、高速、高書換耐性、低消費電力ＳｏＣ混載用メモリＳｏＣ混載用メモリＳｏＣ混載用メモリＳｏＣ混載用メモリ高速、書換耐性、プロセス_{整合性、低消費電力} 高速、高書換耐性要求項目利用形態デジタルカメラ、携帯 AUDIO、携帯電話等用ファイルメモリ携帯電子機器、デジタル家電等用メインメモリ ICタグ、RFIDタグ、音声・画像処理LSI 等用混載メモリロジック回路と一体化した不揮発性メモリ用途イメージ FeRAM FeRAM FeRAM FeRAM MRAM MRAM MRAM MRAM 新規不揮発性メモリ技術新規不揮発性メモリ技術新規不揮発性メモリ技術新規不揮発性メモリ技術（PMC-RAM、RRAM等） PRAM PRAM PRAM PRAM FLASH FLASHFLASH FLASH 実現技術実現技術インターネットの高速化により、映画等のオンデマンド配信が拡大　　⇒⇒⇒　大容量コンテンツの供給・保存に対応した大容量ストレージ⇒ モバイル機器の多機能化、小型化　　⇒⇒⇒　搭載されるストレージ・不揮発性メモリの大容量化・低消費電力化⇒ 無数の電子機器がインターネットを介して連携・稼働するユビキタス・コンピューティングの実現　　⇒⇒⇒⇒　電子機器の一層の省エネルギー化背景背景背景背景

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Ⅲ−3 １．ストレージ１．１産業の現状ストレージデバイスは、ビット単価の安さから、サーバ、PC 用途のみならず、ビデオレコーダ、携帯情報端末、携帯オーディオ機器、デジタルカメラ、携帯電話などさまざまな情報家電に使われるようになった。現状のストレージデバイスは大きくハードディスク（HDD）系ストレージ、光ディスクストレージ、磁気テープに分けることができる。 HDDはその外形サイズから３．５インチ、２．５インチ、１．８インチ、１インチ、０．８５インチに仕分けされる。最も出荷台数の多い３．５インチハードディスクは、これまでは主にサーバーやデスクトップPCなどに使用されてきたが、最近はDVDレコーダーなどの家庭用AV機器に組み込まれてビデオテープ機能を代替するようになっており、今後も引き続き需要が増加すると見られる。２．５インチ以下のHDDはノートPCや、小型情報機器、さらには携帯音楽機器などの新しいアプリケーション用に本格的に採用され始めている。記録密度の向上はHDDにとって最も重要なファクターであるため、現在も様々な手法による研究開発が進んでいる。記録密度は一時期は年率100%で伸びた結果、現在ドライブ当たり300∼400GB （80GB/3.5"Platter、60-65Gb/in2_{）の記録密度の製品が量産されるようになったが、最近は30∼} 50%程度の伸びに鈍っている。これまでの記録方式である面内記録方式で100Gb/in2_{の量産可能性} は見えてきたが120Gb/in2_{に届くか否かは不明である。一方、新しい記録方式として注目される垂} 直記録方式では、Seagateが2003年12月に170Gb/in2_{のデモ発表、東芝が2004年12月に商品化発表} にこぎつけており、今後、記録技術は垂直方式に移行すると思われる。この分野の技術開発力は、日米の企業、大学ともほぼ互角のレベルにある。光ディスクは、可換であること、ROMの大量複製ができることを特長として、CDがオーディオ用やPC用として既に普及しており、さらに大量のデータや動画に対応するために開発されたDVD も普及に拍車が掛かってきた。CD−ROM、DVD−ROMといった再生専用装置については用途が限定的となりつつあり出荷数量は減少している。CD−R／RW装置については、速度競争がほぼ終焉を向え、今後更に価格が低下していくものと予想される。一方、追記書換型DVD装置(DVD±R、 DVD±RW、DVD−RAM)は、2003年では2千万台強で前年比4倍と伸びており、HDDとDVDを組み合わせたハイブリッドレコーダが活況である。光ディスク装置の記録密度については、現行DVDが片面単層ディスクで3.75Gb/in2（片面２層でその倍）、次世代光ディスク（Blu-ray Disk、HD DVD）が片面単層ディスクで16.8∼19.5Gb/in2 （片面２層でその倍）である。光ディスク分野の技術開発力は、日本の企業が世界的に圧倒的優位にある。一方、光ディスクの将来技術であるホログラムメモリ分野においては、日米の企業、大学ともにほぼ互角レベルにある。次世代光ディスクであるBlu-ray DiskとHD DVDにおいては、標準化に向けて日本企業が全面的に主導的役割を果たしている一方、Blu-ray Disk陣営（ソニー、松下、他）とHD DVD陣営（東芝、 NEC、他）が主導権争いを繰り広げている。磁気テープは、コストの安さと信頼性から銀行業務におけるバックアップ用などビジネス用の需要が強いが、市場規模は限られている。日立マクセル、富士フイルムなどの企業が強い競争力を有

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Ⅲ−4 している。そのほか、さまざまな物理現象を用いた多様な新規ストレージ技術の検討が行われている。１．２今後の見通しと課題１．２．１社会的・技術的背景から予測されるストレージの利用形態図１−１．将来の社会イメージと主な技術課題今後の 10 年間にストレージ大きなインパクトを与える要素として、インターネットの高速化とモバイル機器の進化を挙げることが出来る。 2004 年時点で 100Mbps であるホームユース用の光有線通信速度は、2005 年頃から徐々に１ Gbps が登場し、2008 年頃以降は 10Gbps まで高速化するものと想定される。一方、高速移動体通信では、2005 年からは最大１４．４Mbps の 3.5G 携帯サービス、2010 年からは１００Mbps の４G 携帯サービスが計画されている。2007 年ごろからと想定されるサーバー型 TV 放送なども勘案すると、2010 年ごろには高速に移動する通勤電車の中でも映画のストリーム受信が可能な状態が実現されると予想される。一方、大型計算機、パソコン、モバイル機器と小型化してきたコンピュータには、もう一段の小型化、多機能化が見込まれる。そしてこれらの大型計算機から超小型自立式電子機器にいたる多様で無数のコンピュータが高速インターネットを介してお互いに連携しあう、いわゆるユビキタス・コンピューティングまたはパーベイシブ・ネットワークと呼ばれる情報社会空間が本格的な展開の時期を向かえることになる。この動きにともない、コンテンツの配布・利用形態やモバイル機器に要求される機能には、今後 10 年間で大きな変化が起こると見込まれる。１００Mbps のデータ転送速度が身近になった現時点で、インターネットを介した音楽提供サービスが本格化しつつあり、映画配信ビジネスへの試みも始められている。ホームユースで数 Gbps、高速移動体通信で１００Mbps が可能となるこれからの 10 年間には、このようなインタネットワークトラフィックの増加に対応した有線・無線ネットワークの高速化・大容量化・高信頼化サービスセンター病院学校店舗国、自治体遠隔医療企業無線基地局家庭内外の相互接続性・相互運用性、セキュリティの確保ユーザーフレンドリなヒューマンインタフェース高精細な大画面フラットパネルディスプレイ小型・大容量・低消費電力のストレージ、不揮発性メモリの実現携帯・車載情報機器の高機能化ポータブルディスプレイの高機能化フレキシブルディスプレイの実現コミュニティでの相互接続セキュリティ確保技術基盤としての半導体の高集積化、低消費電力化、多品種少量生産対応サーバの高機能化・高信頼化膨大な情報からの情報検索ネットワークネットワークネットワークネットワークネットワークネットワークネットワークネットワーク技術技術技術技術技術技術技術技術コンピュータコンピュータコンピュータコンピュータコンピュータコンピュータコンピュータコンピュータ技術技術技術技術技術技術技術技術電子政府ストレージの大容量化不揮発性メモリの大容量化半導体半導体半導体半導体半導体半導体半導体半導体技術技術技術技術技術技術技術技術柔軟な職場環境外出先と自宅・職場とのコミュニケーション情報家電の遠隔操作、連携操作省エネモニタリングｅラーニング遠隔健康管理ホームゲートウェイホームネットワークホームネットワークホームネットワークホームネットワークビデオ・オン・デマンド新たなコンテンツビジネスストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術デジタル放送高精細画像の視聴、録画ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ネットワークを活用した新たな情報サービス車のインテリジェント化将来の社会将来の社会将来の社会将来の社会将来の社会将来の社会将来の社会将来の社会イメージとイメージとイメージとイメージとイメージとイメージとイメージとイメージと主な技術課題主な技術課題主な技術課題主な技術課題主な技術課題主な技術課題主な技術課題主な技術課題ネットワークトラフィックの増加に対応した有線・無線ネットワークの高速化・大容量化・高信頼化サービスセンター病院学校店舗国、自治体遠隔医療企業無線基地局家庭内外の相互接続性・相互運用性、セキュリティの確保ユーザーフレンドリなヒューマンインタフェース高精細な大画面フラットパネルディスプレイ小型・大容量・低消費電力のストレージ、不揮発性メモリの実現携帯・車載情報機器の高機能化ポータブルディスプレイの高機能化フレキシブルディスプレイの実現コミュニティでの相互接続セキュリティ確保技術基盤としての半導体の高集積化、低消費電力化、多品種少量生産対応サーバの高機能化・高信頼化膨大な情報からの情報検索ネットワークネットワークネットワークネットワークネットワークネットワークネットワークネットワーク技術技術技術技術技術技術技術技術コンピュータコンピュータコンピュータコンピュータコンピュータコンピュータコンピュータコンピュータ技術技術技術技術技術技術技術技術電子政府ストレージの大容量化不揮発性メモリの大容量化半導体半導体半導体半導体半導体半導体半導体半導体技術技術技術技術技術技術技術技術柔軟な職場環境外出先と自宅・職場とのコミュニケーション情報家電の遠隔操作、連携操作省エネモニタリングｅラーニング遠隔健康管理ホームゲートウェイホームネットワークホームネットワークホームネットワークホームネットワークビデオ・オン・デマンド新たなコンテンツビジネスストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術デジタル放送高精細画像の視聴、録画ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ネットワークを活用した新たな情報サービス車のインテリジェント化ネットワークトラフィックの増加に対応した有線・無線ネットワークの高速化・大容量化・高信頼化サービスセンター病院学校店舗国、自治体遠隔医療企業無線基地局家庭内外の相互接続性・相互運用性、セキュリティの確保ユーザーフレンドリなヒューマンインタフェース高精細な大画面フラットパネルディスプレイ小型・大容量・低消費電力のストレージ、不揮発性メモリの実現携帯・車載情報機器の高機能化ポータブルディスプレイの高機能化フレキシブルディスプレイの実現コミュニティでの相互接続セキュリティ確保技術基盤としての半導体の高集積化、低消費電力化、多品種少量生産対応サーバの高機能化・高信頼化膨大な情報からの情報検索ネットワークネットワークネットワークネットワークネットワークネットワークネットワークネットワーク技術技術技術技術技術技術技術技術コンピュータコンピュータコンピュータコンピュータコンピュータコンピュータコンピュータコンピュータ技術技術技術技術技術技術技術技術電子政府ストレージの大容量化不揮発性メモリの大容量化半導体半導体半導体半導体半導体半導体半導体半導体技術技術技術技術技術技術技術技術柔軟な職場環境外出先と自宅・職場とのコミュニケーション情報家電の遠隔操作、連携操作省エネモニタリングｅラーニング遠隔健康管理ホームゲートウェイホームネットワークホームネットワークホームネットワークホームネットワークビデオ・オン・デマンド新たなコンテンツビジネスストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術デジタル放送高精細画像の視聴、録画ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ストレージ・メモリ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ユーザビリティ技術ネットワークを活用した新たな情報サービス車のインテリジェント化将来の社会将来の社会将来の社会将来の社会将来の社会将来の社会将来の社会将来の社会イメージとイメージとイメージとイメージとイメージとイメージとイメージとイメージと主な技術課題主な技術課題主な技術課題主な技術課題主な技術課題主な技術課題主な技術課題主な技術課題

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Ⅲ−5 ーネットを介したコンテンツ配信が大きく伸びると見るのが自然である。そのため、これらの大量のデータを保存して供給するための超高速・超大容量のネットワークサーバー用ストレージに対する需要は増加の一途をたどるであろう。通信トラフィックは無限ではあり得ないので、大量のミラーサーバーの設置による需要増も想定される。このデータを受信する家庭や事業者などではセットトップボックスなどに高速・大容量なホームサーバー・PC 用ストレージが必要となる。また車載目的などを含めて、モバイル機器には受信データや、独自に生成したデータを保存するための、信頼性と消費電力に考慮した小型・大容量のモバイル用ストレージが必要とされる。ただし、モバイル用ストレージのカテゴリーでは容量に応じた不揮発性メモリとの棲み分けも想定される。一方、インターネットを介したコンテンツ流通の一般化により、コンテンツ配布用ストレージの重要性は下がっていくと見られるが、長期間のデータ保持を保証できるリムーバブル形状のコンテンツ保存・アーカイブ用ストレージは、銀行などのビジネス用とともに家庭用にも強い需要が残ると思われる。また、リムーバブルメディアはインターネットサーバーのサブシステムとしても使用されることが想定される。このように、今後 10 年間で高性能ストレージへの需要はますます高まっていくと想定される。ただし実際のストレージの利用形態は技術的要因以外にコンテンツ提供側の著作権管理方針やユーザ側の所有感覚などの社会的・心理的な要因にも多くを依存する性格を持つため、主流となるビジネスモデルを現時点で予測をすることは難しい。この側面は、特に、配布用およびアーカイブ用のストレージに対して影響が大きいと思われる。以上のような社会的・技術的背景をもとに、ここではストレージの利用形態を以下の５つに分類し、それぞれに求められる特性を整理するとともに、その実現のための可能性と課題を述べる。ネットワークサーバー用ストレージホームサーバー・PC 用ストレージモバイル用ストレージコンテンツ配布用ストレージコンテンツ保存・アーカイブ用ストレージ１．２．２利用形態別にみたストレージデバイスに求められる機能と特性ネットワークサーバー用ストレージすでに、ユーザーに受け入れられた音楽やゲームソフトなどのダウンロードサービス（＝オンデマンド配信）は今後ますます普及していくと予想される。特に今後は、電子レンタルビデオ、サーバー型TV放送などの形により大容量のビデオ映像のオンデマンド配信が広まることは確実である。そのためコンテンツ供給側には大容量のストレージシステムが大量に設置されることとなろう。このネットワークサーバー用ストレージに要求される特性は、大容量、高速そして高信頼である。また、この用途のストレージシステムには、同時に多数のアクセスが生じたときにも高速で読み書きできること、ドライブ故障に備えミラーリングを自動で行う自律型であること、故障が起きてもシステムを停止しないでドライブの交換ができることなど、システム全体のパーフォーマンスを確保するためのソフトウエア技術が欠かせない。この種の使用目的ではドライブ単体で使用されることはないため、システムとしてのアクセス速度が重要である一方、個々のドライブそのものに要求される速度は現製品からみて著しく高いものではない。それよりも、1台

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Ⅲ−6 あたりの容量は抑えてより多くのドライブを搭載することでシステムの速度（パフォーマンス）の向上が実現できる。つまり、この分野においても小型・高密度化は重要なファクターである。ただし、小型化してもデータアクセス速度が低下することは許容されないので、ドライブサイズの小型化かつ高密度化に伴って転送レートは増加し、2010年ごろには4Gbps程度になるものと予想される。この目的で使用されるドライブの主役は HDD である。大容量が不可欠ではあるが、信頼性の確保も欠かせないため一般用途の HDD よりは容量を抑えて使用される。それでも数十∼百 GB ／ドライブ程度の容量を有し、RAID システムとして数十 TB クラスのものが市販されている。 TB クラスのものでは、装置サイズも薄型ラックサイズ（19”ラック等）と小型であり、装置体積当りの容量（設置パフォーマンス、省スペース性）にも優れている。ただし、HDD の寿命は約 5 年と比較的短い。このため、光ディスクからなるアーカイブ用ストレージデバイスも、インターネットサーバー用ストレージシステムに組み込まれる可能性がある。ホームサーバー・PC 用ストレージ従来の据え置き型 PC 以外に、大容量の動画データを受信するためのセットトップボックスなどに大量のストレージが必要となっている。地上波デジタル放送が始まるのが 2006 年であるので、その 1~2 年後の 2007~8 年ごろには 1 テラバイト程度の装置容量が必要になるであろう。これらのコンテンツは、DRM（Digital Right Management）を付加することで見る回数や時間の制限、コピーの回数など細かな利用形態が指定されたコンテンツが、通信、放送、パッケージメディアの 3 つの方法によって配布されるようになる可能性が高い。ただし、DRM のような著作権保護の仕組み（コピーコントロールの仕組み）を使用したコンテンツビジネスのビジネスモデルが未だ確立されておらず、きちんと成り立っていくのかどうか自体、予想がつかない。また、配信先の標準フォーマットが確立していないこと、配信先の家庭のセキュリティが未確保のままであること、HDD と光ディスクが共存する場合のコピープロテクションのルールが未確立であること、などの問題もある。このストレージに要求される特性は、大容量、低消費電力、安価、高速などのほかに静音なども重要である。この目的で使用されるデバイスとして最有力なのは 3.5 インチ型 HDD である。モバイル用ストレージ音楽プレーヤの普及、内蔵カメラによるビデオ撮影機能や地上波デジタル TV 放送の受信録画機能などが加わると考えられる携帯電話など、各種モバイル機器の高性能化がさらに進むと想定され、モバイル機器にも高性能のストレージが必要となっている。このストレージには、小型薄型、低消費電力、耐衝撃、大容量、軽量などの特性が必要となる。携帯電話が最大の市場と考えられるが、その場合、コンパクトフラッシュ（CF）メモリ程度の小型化、できれば既存のメモリスロット規格がそのまま使えることが望まれる。地上波デジタル放送が本格化する 2007 年ごろに容量アップの需要が高まると見込まれ、そのときの装置容量は 10 ギガバイト以上が必須であろう。耐衝撃性に関しては、携帯電話での使用を考えると大人の耳の高さから落としても壊れないことが要求され、2007 年には 600G 以上のロバスト性が必要とされる。この目的で使用されるストレージデバイスとしては HDD が最有力であり、1.0 インチ以下の HDD の大容量化（>10GB)と低コスト化（<50$）により市場急拡大が見込まれる。ただし、フラッシュメモリとのコスト比は年々縮小傾向にあり、2008∼2009 年ごろには、一部は不揮発性メモリにとって代わられる可能性もある。

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Ⅲ−7 もう一つのモバイル用ストレージデバイスとして車載向けの需要がある。カーナビ地図情報の記録などに膨大な容量が必要なためこの分野でも HDD の普及が進むものと予想される。自動車に搭載される場合、様々な環境温度湿度での使用が想定されるため、極めて高い信頼性が不可欠である。ただし、重さや大きさの制限はゆるいので記録密度はあまり重要な因子ではない。コンテンツ配布用ストレージこれまでソフトウエア、音楽、動画などのコンテンツの配布はもっぱら CD や DVD などの光ディスクにより行われてきたが、ネットワークの高速化に伴ってネットワーク経由の配信が伸びていくと予想されるため、その形態は大きく変わっていくと思われる。その場合、著作権保護とこれに関連したビジネスモデルのありようが大きな影響を与えるため、現状では見通しが難しい状態にある。いずれにしろ特性としては、大容量化と高速化、低価格が求められ、光ディスクが中心的な役割を果たすことになろう。コンテンツ配布用光ディスクとしては、2010 年頃までには記録容量 200GB、転送速度 200Mbps、価格百円程度（コンテンツ代抜き）の ROM 型次世代光ディスクの実用化が期待される。また、将来的に動画コンテンツの容量増加がネットワークの高速化により対応しきれない場合には、2012∼2013 年頃に、容量∼1TB、転送速度 ∼1Gbps の ROM 型・次々世代光ディスクが実用化される可能性もある。コンテンツ保存・アーカイブ用ストレージここでは、様々なコンテンツの長期的な保存のために用いられる、書換または追記が可能なリムーバブルストレージをコンテンツ保存・アーカイブ用ストレージとして定義する。この種のストレージには、法的な要請に基づく銀行業務や大容量コンテンツ配信のためにネットワークサーバーにおけるバックアップなどのビジネス用途から、音楽・動画などのエンドユーザが直接手にするコンシューマ用途まで多様な形態ものがある。ビジネス用途には、超大容量で高速であることに加えて、きわめて高い信頼性と超耐経時変化が要求される。一方、コンシューマー用途には、大容量、耐経時変化、高速、安価が求められる。アーカイブ用ストレージの主役は、光ディスクとみられる。磁気テープは劣化の問題から 10 年程度のデータ保存期間が限界と言われているため、保存期間が半永久（30 年以上）である光ディスクが、容量やアクセス・スピードの観点から普及の遅れていたビジネス用途でも主役になると思われる。2010 年頃までには、ビジネス用途で容量∼1TB、転送速度∼1Tbps、コンシューマ用途でも容量∼200GB、転送速度∼200Mbps の光ディスクの実用化が必要とされるであろう。これらが実現すれば、従来から光ディスクの弱点であったメディア当りの容量不足が解消されると共に、対 HDD 優位性である高コストパフォーマンス、高セキュリティにより、アーカイブの他、バックアップ用途も期待できる。また、光ライブラリ装置は、光ディスクのもつ大容量性に加えて、長期保存、高セキュリティの特長を最大限に活かした情報記録用途（電子メール、動画コンテンツの 2 つが重要）への展開が予想され、これらの情報を全て保存するには超大容量アーカイブの構築が必要である。また、今後、出版物、芸術作品、文化遺産などをデジタル画像化して保存する大規模情報 DB 倉庫の構築が予想され、光ライブラリがその主要ストレージになると期待できる。磁気テープも高記録密度化が急速に進んでいる。現状 LTO 規格のテープでは、非圧縮時 200GB

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Ⅲ−8 ／巻、圧縮時 400GB／巻の容量が実現しており、数年先のロードマップには各々800GB／巻、 1.6TB／巻と 1 メディア当たり 1TB を超える仕様が挙げられる。磁気テープの場合、長期保存性が懸念されるが保存環境が良ければ数年の保存も可能と言われている。また、塗布型テープにおいてバインダが原因で年一回程度必要であったリワインド、リテンションが、蒸着テープでは不要となり、取り扱いも容易になってきている。大容量化に伴い、数十 TB クラスのテープライブラリ装置がラックに薄型サイズで収まる。１．２．３各種ストレージ技術の可能性と課題磁性系ストレージ技術年率 40%の装置容量アップが課題である。少なくとも、年率 30％程度の面密度アップは確保しなければならない。今後も高記録密度化が最大の課題であることは間違いない。磁気記録系での最大のノイズ発生源は記録媒体である。単位ビットサイズの中にたくさんの磁性微粒子があるほど S/N は高くなるため、高記録密度化に伴い微粒子化が必須となる。ところが、単位磁性粒サイズが小さくなると熱的に不安定になる。熱的に安定な媒体を得るため磁気エネルギーの高い材料を探索し実用化することになる。この結果、熱的には安定になるが大きな記録磁界強度が必要になるため、磁気ヘッドの飽和磁束密度 Bs を上げなければならない。ヘッド媒体間の磁気スペーシング短縮も磁界強度を増加させるが、ヘッド先端部サイズの小型化は磁界を弱くするので不十分である。このため、高い Bs の材料を実用化することでこれまでは対応してきた。しかし、2002 年ごろには、地球上に存在する最高飽和磁束密度 2.4 テスラの材料 FeCo まで使い果たしてしまったため、2003~4 年になると記録密度の伸びが急激に低下した。これがいわゆる熱ゆらぎによる限界である。この熱揺らぎ限界を打破するには Bs に頼らず記録磁界を増加させることが必要であり、それを実現できるのが垂直磁気記録方式である。垂直方式は 2005 年に初めて実用化される見通しである。しかし、垂直方式であってもいつまでも磁界強度が確保できるわけではない。このため 2.4 テスラの Bs の壁をやぶる材料を人工的に作りだす技術が望まれ、実際、そのような努力が行われている。2006∼2007 年ごろには Bs が 2.4 テスラ以上材料の実用化が求められる。上記のように新規の記録ヘッド材料を開発する一方で、媒体を工夫することで書きやすくする技術の開発も重要である。磁性粒子の成長軸を垂直ではなく斜めに制御することで実現できることがシミュレーションなどから予測されている。しかし、このような媒体改良による垂直方式の延命策が進んだとしても、2009 年から 2012 年ごろには再度、熱ゆらぎ限界と記録磁界強度限界に突き当たると考えられる。これを打破するためにはもう一度、記録方式のパラダイムシフトが必要であろう。現在、最も有力視されているのが、パターン媒体記録再生方式と熱アシスト記録方式である。近接場光を用いれば、光の波長限界を超えた小スポットが実現できるので、微小な領域の加熱が可能になる。近接場光を用いた熱アシスト記録方式はパターン媒体と組み合わせることでより大きな効果が期待できるため、パターン方式の後継技術、すなわち熱アシストパターン媒体記録方式と見ることもできる。パターン媒体の一歩手前の方式が分離トラック媒体記録方式（DTR）である。DTR ではヘッドおよびチャネル LSI へのインパクトが比較的小さくてすむ代わりに、見込まれる効果も小さい。

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Ⅲ−9 上記はいずれも媒体および記録ヘッドに係わる“記録“のブレークスルー技術であるが、記録磁界が確保できて記録に成功したとしても、微細な磁化情報を読み出すためには再生感度の確保も必要である。すなわち”再生“の技術開発も必要である。 2005~6 年には、従来のスピンバルブ型 GMR ヘッドの数倍の感度を持つトンネル効果 MR 膜を使った TMR ヘッドが実用化されるであろう。しかし、TMR ヘッドには電気抵抗が高いため再生出力は大きくても S/N はあまり高くできないという欠点がある。これを補うため CPP-GMR 膜の開発が精力的に行われているが、2007 年ごろまでには実用化が必要であろう。その後も面密度の増大に従ってトラック幅の狭幅化と再生感度の向上が不可欠である。2008 年ごろには 100nm 以下のトラック幅および 10mV/um 以上の規格化出力が必要になると予想される。その後も高感度化要求は続くため、これに対応すべく各種スピントロニクス効果を応用したヘッドデバイス化の研究が進められている。スピントロニクス・ヘッドの実現にむけて、バリスティック MR、スピンホール MR、スピントランジスタなどの基礎的研究が行われている。上記は全て記録密度を増大させるための技術であるが、実用上は記録密度以外の課題解決も非常に重要である。例えば、信頼性確保、低価格化、耐振動、耐衝撃、耐高低温、省電力化、薄型化である。これらは特にモバイル HDD で重要である。コンテンツ保存用あるいは配布用 HDD などでは、コンテンツ保護機能（セキュリティ）も重要課題である。光系ストレージ技術次世代光ディスクにおいては、2010 年頃までに、民生用（高精細画像録画および PC 用途）中心に記録容量 100∼200GB、転送レート 100∼200Mbps の追記書換型光ディスク装置の実用化、また、次々世代光ディスク（先ずは、業務用、特に放送用）においても 2010 年頃に、非圧縮で HDTV 信号記録（約２時間）が可能な記録容量∼1TB、転送速度数百 Mbps∼1Gbps の追記書換型光ディスク装置の実用化が必要である。従来、光ディスクは CD からスタートし、MO（光磁気ディスク）あるいは DVD に技術開発が進展してきた。このような光ディスクの高記録密度化（大容量化）は、基本的には使用するレーザの波長と集光レンズの NA（開口数）で決まる媒体上の集光ビーム径により制限される。今後も、レーザ波長の短波長化と高 NA 化で光ディスクの大容量化を押し進める方法も考えられる。しかしながら、大容量化に大きく寄与するほど波長を短くするとなると、紫外光レーザを用いることになる。光ディスク再生装置に適用可能な小型、安価で安定かつ高出力の紫外光半導体レーザの開発が必要であり、さらに、紫外域ではこれまで用いてきたピックアップやディスクを構成する材料を全面的に見直す必要が生じるため、非常に難しい。このため、短波長化による高記録密度化は、青紫色レーザが限界と見られている。また、レンズの高 NA 化に関しては、近接場光記録の研究に移行しつつあるが、これは、レンズと媒体の距離がナノメータオーダになるため、現行の光ディスクの可換性の確保は難しいと考えられる。このため、光ディスクの大容量化の有力手段として、レーザの短波長化、レンズの高 NA 化以外のブレークスルー技術が求められており、記録層を多層化する多層記録方式、Super-RENS 方式、多値記録方式、体積ホログラム記録方式等の研究開発が重要と考えられている。この内、多層記録方式、Super-RENS 方式、多値記録方式は主として日本国内での研究開発が盛んである。一方、体積ホログラム記録方式については、昨今、国内外において盛んに研究開発が進められている。米国においては、PRIZM(Photorefractive Information Storage Materials Project)、 HDSS(Holographic Data Storage System Project)等のプロジェクトが行われ、フォトポリマー

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Ⅲ−10 を用いた追記系や ROM 等のデモシステムが幾つかの研究機関から発表された。日本においては、最近、NEDO プロジェクトの一環として産学官連携型産業技術実用化開発補助事業において、超大容量ホログラム記録高機能光材料および光ディスク開発に関して補助事業が行われた。日本企業におけるホログラムメモリの研究開発では、フォトポリマー材料を用いたディスク型体積ホログラム記録方式と装置小型化に適する反射型コリニア光学系（オプトウエア社提案）を採用したシステム開発が進められており、これにより体積ホログラム記録方式・光ディスクの実用化が一段と現実味を帯びてきた。また、非破壊読み出しが可能でかつ書換可能なフォトリフラクティブ結晶およびそれを用いたシステムの検討も進められている。さらに、欧州でも、最近、反射型コリニア方式のホログラフィック・データストレージ・プロジェクト IST- FP6 （Information Society Technologies – Sixth Framework Programme）が開始されている（活動期間：2004 年 7 月 1 日∼2007 年 6 月 30 日の 3 年間）。

光ディスクに関するコンテンツの著作権保護の観点からは、読出専用型と書換型媒体を包含する規格 AACS（Advanced Access Content Sytem）が策定されている。これはキーを 128bit 化するなど暗号化を強化すると共に、個々のドライブを認証できるシステムを備え、さらに、暗号が破られた場合に無効化できる Revocation 機能を備えている。AACS は HD DVD 等の次世代光ディスクを中心に採用される見通しであり、現在のところ今後 10 年間は通用するシステムと考えられている。新規ストレージ技術新規ストレージ技術としては、カード型薄膜ホログラムメモリと、MEMS プローブメモリが提案されている。カード型薄膜ホログラムメモリは、積層導波路構造（屈折率の高いコア層と低いクラッド層が交互に積層された構造で、これにレーザ光を入射すると光がコア層付近に閉じ込められて伝搬し、各コア層に設けられた凹凸パターンにより光が散乱される）をもつ媒体にデータを記録するメモリである。媒体が高い記録密度をもつ、ドライブが小型低消費電力、低コストでの媒体大量生産が可能、媒体偽造が極めて困難、媒体のリサイクルが可能、という特徴をもつため、次の様な用途が期待される。一つ目は、小型・安価・大容量の特性から、半導体 ROM の代替、二つ目は、媒体領布性に優れリサイクル可能なことから、紙に代わる本格的配布媒体としての利用、そして三つ目は、偽造が困難で大容量であることから、ゲームや音楽、映画、電子出版などのリッチコンテンツの発行用途が期待される。 MEMS プローブメモリは、メディア（ポリマー層、相変化材料層、磁性層、強誘電体層、等）にカンチレバーを用いて記録するマルチプローブメモリである。将来の大容量・高速・低消費電力のモバイルストレージとしての実用化が期待され、2010 年頃には小型 HDD やフラッシュメモリ等と競合する可能性も考えられる。１．３．キーテクノロジー（１）磁性系ストレージ技術記録用技術熱揺らぎ限界を打破するブレークスルー技術として近い将来実用化させるであろう技術が垂直磁気記録方式である。磁化を媒体膜面に対して垂直方向に立てて記録する方式である。従来は媒体を面内方向に磁化することにより情報を記録してきた。媒体は軟磁性下地層の上に硬磁性記録層を有する二層構造を用い、ヘッドは従来のポールが二つあるリング型ヘッド

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Ⅲ−11 に代わってモノポール型のヘッドを用いる。垂直方式により記録性能は格段に向上するが、記録密度向上トレンドを維持するためには常に磁界強度を増大しつづけなければならない。記録磁界強度は材料に依存する。現在知られている最大の飽和磁束密度（Bs）は 2.4 テスラであるが、原子の格子間隔を多層化技術などにより人工的にコントロールすることにより Bs の壁を打破できる可能性がある。これが 2.4 テスラ以上 Bs 材料開発である。一方、記録方式そのものを見直すアプローチの代表技術が、パターン媒体記録再生方式である。従来の記録方式では垂直記録方式も含めて、記録媒体の磁性膜として多結晶の連続膜が用いられる。この方式では、面内/垂直のいずれの記録方式においても、ビット境界がサイズや形の不規則な結晶粒の境界を走って不規則なジグザグ状となり、これが再生信号の雑音の原因となることから、記録密度の向上には記録膜の結晶粒を微細化し、直線的なビット境界を得る必要があった。しかし、結晶粒が小さくなってそのサイズが数ナノ m 以下になると、熱揺らぎによる磁化の不安定性から、時間経過と共に記録情報が失われるという大きな問題があり、また、再生信号に必要な信号雑音比を確保するためには、1 ビットあたり少なくとも 10 個程度以上の結晶粒が必要で、これらの制約から連続膜を用いた HDD 記録密度には、いずれ限界が来ることが予測されている。この限界を打破する新しい記録媒体として、形状や大きさを人工的にそろえた単一磁区の微粒子をアレイ状にならべ、この 1 微粒子を 1 ビットして記録を行なう方式がパターン媒体記録再生方式である。パターン媒体では粒子が同サイズでしかも規則的に配列しているため、1 微粒子を 1 ビットとして記録を行っても再生信号に必要な信号雑音比が確保でき、原理的には熱安定限界の体積を有するサイズまで微粒子を小型化して、高密度記録を行なうことができる。ただし、1 微粒子を 1 ビットとして記録を行なう方式であるため、パターン媒体ではヘッドや信号処理チャネル方式まで含めた大掛かりな変更が必要である。一方、ヘッドおよびチャネル LSI の変更を最小限ですませるため、トラック幅方向のみパターニングを行う方式が分離トラック媒体記録方式である。この媒体ではトラック走行方向にパターニングしないため信号処理方式やヘッドに大幅な変更を必要としない代わりに、見込まれる効果も小さい。パターン媒体の一つ手前の技術とみることができる。熱ゆらぎ限界を打破するもう一つのブレークスルー技術として注目されるのが、熱アシスト記録方式である。熱アシスト方式をパターン媒体と組み合わせた、熱アシストパターン媒体記録方式とすれば、一つのビットに効率的に熱を閉じ込めることが可能となるため、連続膜媒体に適用した場合よりもより大きな効果が期待できる。このため、パターン媒体記録方式の後継技術と見ることもできる。レーザー光を記録したい領域に集光させて加熱することにより部分的に媒体の抗磁力 Hc を低下させて、記録磁界が十分に強くない場合でも記録を可能にする。高密度記録のためにはレーザービームのスポット径をトラック幅と同等にまで小さくする必要があるが、スポット径は波長に依存するため、短波長のブルーレーザーを使ったとしても数百 nm 程度までしか絞れず、高密度記録が実現できない。このためソリッド・イマージョン・レンズや導波路と各種アパーチャを使った近接場光（ニア・フィールド）記録方式の研究が行われている。ニア・フィールドを用いれば波長限界を超えた小スポットが実現できるが、媒体を十分な温度に加熱するため光利用効率を向上することや、光デバイスと従来の磁気デバイスの両方を搭載したヘッドスライダをどう実現するかなどが大きな課題である。NEDO 技術開発機構においても「大容量光ストレージ技術の開発」プロジェクトで、近接場光を利用した記録用光デバイスやナノパターンドメディアによる１テラビット/inch2

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Ⅲ−12 級ストレージ技術の研究を実施している。ニア・フィールドに対して従来の光磁気記録（MO 記録）はファー・フィールド記録と呼ばれる。再生用技術記録密度が増大すると１ビット当たりの磁性体の体積が小さくなるため媒体から発生する磁束密度が弱くなる。このためヘッドの再生感度の向上が必要である。今後も再生用ヘッドには、媒体からの漏れ磁界を素子の抵抗変化として検出する磁気抵抗（MR）効果が使用されていく。記録密度の高密度化に対応するために MR ヘッドが満たす条件は二つある。一つは、弱い漏れ磁場を検出するための MR 効果の増大であり、もう一つはデータ転送速度の高速化のための抵抗値の低減である。この二つの条件を両立させる材料の開発が求められる。現在の主流は約 7％∼8％の MR 効果を示すスピンバルブ型 GMR（巨大磁気抵抗効果）ヘッドであるが、2004 年により高い感度が期待される TMR ヘッドが実用化された。TMR ヘッドは強磁性トンネル接合が示す大きなトンネル磁気抵抗（TMR）効果を用いるヘッドで、数年以内に２０％∼１００％とスピンバルブ型 GMR ヘッドの数倍の性能が実現されよう。ただし、素子抵抗の低減が課題であり、200Gb/in2_∼300Gb/in2_{以上の記録密度以上への適用には抵抗値を１} ∼０．５Ωμｍ2_{程度に下げることが必要である。} TMR の次の有力技術として注目されているのが垂直通電型の CPP(Current Perpendicular to Plane)-GMR である。これにより 500∼600Gb/in2_{の面記録密度が実現できると考えられている。} CPP-GMR は、GMR 薄膜面内に電流を流すこれまでの CIP(Current In Plane)-GMR と比べ、熱放散性に優れ通電断面積が大きいので大きなセンス電流が使える可能性がある、狭ギャップ化に適する、再生フリンジが小さく狭トラック化に適する、などの多くの利点を持つ。CoFe を用いた CPP-GMR の高出力化においては、MR 比とΔRA(A：素子面積、ΔR：抵抗変化量)を飛躍的に向上できる技術が報告されている。具体的には、(Fe50Co50/Cu)n 積層のような新たな考えの磁性金属材料によるスピン依存散乱の増大や、CPP-NOL(Nano Oxide Layer) をスペーサに用いたスピンバルブ構造により、MR 比及びΔRA が大幅に増大できることが報告されており、これらの技術の組み合わせにより既に RA∼500mΩμm2_{で MR 比 8%が得られている。CPP-GMR の}

実用化には高 MR 化に加えて、熱的、電気的信頼性、Spin Transfer Induced Noise、NOL 内部のメタルパス形状・個数の制御などの課題を克服する必要がある。その後の面密度の増大に対応するためには、電子の磁気的特性(スピン)を活用するスピントロ二クスといわれる一連の新技術により再生感度を大きく改善したスピントロニクス・ヘッドを実現しなければならない。スピントロニクスには、スピン注入素子、スピンフィルター素子、バリスティック MR、スピンホール MR、スピントランジスタなど、いくつかの候補がある。これらは、昨今は世界各国で精力的に開発が進められている技術である。例えばスピンフィルター素子は、素子を流れる電流の磁化を帯びたスピン電流だけを選択的に透過する技術で、TMR にこの効果をもつ障壁を適用することで、200％を超える抵抗変化を実現している。また、半導体膜と磁性膜からなるトランジスタに似た構造をもつスピントランジスタでは、半導体からなるコレクター部を流れる電流が、磁場によって 200％以上変化する。さらに、バリスティック MR（BMR）とよばれる 1000％を超える極めて高い MR が基礎検討レベルであるが確認されている。これは、２つの磁性体を数 nm 以下の極めて細い伝導パスで接触させたときに生じる効果で、細い接触部でスピン電子が損失無く伝導することに起因するといわれている。現時点では、ヘッド構造の大きな変化を必要とするこれらの技術には

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Ⅲ−13 一長一短があるため、これらの効果もこれまでのところ実用化が見込まれるような有力な候補は現れていないが、高性能なスピントロニクスデバイスの開発は必須であり、今後、これを加速する必要がある。（２）光系ストレージ技術次世代光ディスク技術次世代光ディスクの大容量化（100∼200GB）と高速化（100∼200Mbps）に向けては、多層化と Super-RENS 方式（Super-REsolution Near-field Structure：独立行政法人産業技術総合研究所（以下、産総研と略す）が提案し研究開発を主導してきた光超解像記録方式の一種）、多値記録方式が有力視されている。

この内、多層化は、記録層を 3 次元的に積み重ねていく方式であり、Blu-ray Disk においては、既に片面 2 層化により容量 50GB の書換型ディスクが実用化されており、容量 50GB の 2 層 ROM ディスクも発表されている。また、Blu-ray Disk では、理論上は 12cm 径ディスクで片面 8 層化（片面 200GB）までは可能と予測されており、2007 年頃に片面 4 層 100GB のディスクを実用化する計画が公表されている。同様に HD DVD においても書換型片面 2 層ディスク（容量 32GB）と 2 層 ROM ディスク（容量 30GB）が発表されている。これらの方式においては、現状の記録層構成を積み重ねていくのみと捉えると最小ピット長は変わらないため、転送速度向上のためには、材料探索を中心とした記録高感度化、特に相変化記録材料の場合には相変化（結晶 ⇒ 非晶質）速度の向上（寿命を損なわず）、さらにはレーザ高出力化等で対応する必要がある。また、層間クロストークの抑制（層間に所定厚みの中間層を設ける等の施策）も課題である。 Super-RENS方式は、金属膜や酸化物膜を利用した光超解像記録方式（光超解像膜の光学的非線形性を利用して光学マスクを形成し、読み出す領域を狭めることで分解能を高める方式）であり、原理的にはレーザ短波長化や高NA化と同じく記録スポット径を小さくしていく記録方式であるので、線速度が同じであれば単位時間当たりに読み書きできる記録ピット数が増加するため高転送速度化に寄与できる。また、超解像方式は、基本的には従来の光ディスクの膜構成中に非線形な光学特性を有する薄膜を同じプロセスを使って形成するだけなので、従来のプロセスを踏襲できる。なお、Super-RENS方式の記録性能としては、この方式を用いない場合と比べて4倍の線記録密度が望めることが報告されている（ISOM 2004）。また、マーク長37.5nmで記録再生した場合のC／N（搬送波対雑音比）が40dB程度まで得られており、光源波長405nmの青紫色LD光と開口数（NA）0.85の対物レンズを組み合わせた光学系により容量100GBの光ディスクを実現できる可能性も示されている（ISOM 2004）。本方式の今後の課題としては、駆動パワーの低減、RAM、ROMへの適用などを挙げることができる。また、多値記録方式には、多くの方式が報告されている。GeSbTe 系記録材料では、結晶化差による多値方式（現状、4 値）、記録径差による多値方式（現状、5 値）、マークの半径方向幅変調方式（現状、4 値以上）が検討されている。一方、共晶系記録材料（AgInSnTe 系、 Ge(SbTe)+Sb 系）では接線方向マーク幅変調方式が検討されている。この材料は再結晶過程の制御により 0.1μm の記録幅が生成・制御できる特長をもつため、一部のメーカからはこの多値方式で CD−RW の大容量ディスクが市販されるようになった。また、この系では 8∼12 レベルの多値が確認されており、今後、記録容量 100∼200GB の実現が期待される。なお、相変化ディスクの多値記録方式では記録材料に加えて読取信号処理も重要であり、その研究開発と実用化が急務である。

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Ⅲ−14 次々世代光ディスク技術次世代光ディスクの次に登場が予想される次々世代の光ディスクには、12cm 径ディスクに 500GB∼1TB の大容量と 500Mbps∼1Gbps の高転送速度が求められる。この次々世代光ディスクの実現技術候補としては、多層記録方式、体積ホログラム記録方式を挙げることができる。次世代光ディスクの場合よりも記録層の積層数を大幅に増やすことのできる多層記録方式が提案されている。電場印加による記録層選択方式により原理的には無限の多層化が可能な方式または非線形な光学特性を示す記録層を多層化して所望の記録層に２光子吸収により記録／再生を行う方式である。転送速度はせいぜい 200Mbps 程度が限界と予想される。（なお、近接場光記録方式については、近接場光を使用して光の回折限界を超えた光ビーム（光波長よりも小さな微小光開口をもつ光プローブから照射）を用いることでディスク極表面にのみ微細な情報記録を行うことで高密度化を図るものであるが、近接場光プローブとディスク表面のスペーシングを従来 HDD のヘッド・媒体間隔（ナノメータオーダ）並みに狭める必要があるため、可換性が求められる光ディスクへの適用は困難と考えられる。近接場光記録技術はむしろテラビット級 HDD 実現のために有望視される熱アシスト磁気記録方式に必要な媒体加熱技術として適用される可能性が高いと考えられる。）それらに対して体積ホログラム記録方式（記録原理：空間的な屈折率変調として干渉縞を記録）は、記録媒体の平面だけではなく、深さ方向まで用いた体積記録が特徴である。記録媒体を平面のみの利用から立体的に利用することで、飛躍的に記録密度の向上が可能になる。また、記録光の位置・波長・角度等を順次変化させることによって同じ体積中に 100 から 1000 の情報を多重記録することと、従来の光ディスクのように、位置や長さを変調して 0／1 の信号を直線状に配置するのではなく、情報を 2 次元に展開して一度に記録・再生することによって記録密度と転送速度の向上を図っている。記録容量では TB 級、データ転送レートでは Gbps 級のポテンシャルがあると考えられており、高速・大容量アーカイブ・ストレージへの幅広い適用が期待されると共に、次々世代の民生用光ディスクへの適用も期待できる。当面は追記型のフォトポリマー媒体の開発、続いて書換型媒体の開発も必要になるであろう。また、将来的に民生用のホログラム記録方式光ディスクを実用化する上では、コンテンツ配布用 ROM ディスクの開発の必要性も考えられる。体積ホログラム光ディスクは、従来の光ディスク装置と同様、システム構成技術、媒体材料技術（追記型、書換型）、入出力デバイス（空間光変調器、2 次元受光素子等）、光ピックアップ技術、ドライブ技術（ROM,WORM,RAM）、信号処理技術等々の総合的な研究開発を必要とするものであり、一企業の努力だけでは容易に開発が進まないと予想される。（３）新規ストレージ技術カード型・薄膜光ホログラムメモリ薄膜光ホログラムメモリの具体例として、NTT が開発したインフォ・マイカ（Info-MICA： Information-Multilayered Imprinted CArd）と呼ばれるカード型メモリが知られている。これは、積層導波路構造をもつプラスチック樹脂媒体にデータを記録するものであり、平成１０年度から 5 年間実施された NEDO プロジェクト「ナノメータ制御光ディスクシステムの研究開発」の研究成果の一部を用いて開発された。既に、100 層で 1GB の記憶が可能な切手サ

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Ⅲ−15 イズの ROM 型媒体と手のひらに載る小型データ読出ドライブ（サイズ：25mm(W)× 25mm(D)×2mm(T)）が試作されており、2005 年中には製品化も予定されている。量産時のコストは、ドライブが数千円、媒体が 100 円∼200 円と想定されている。また、計算機ホログラム（所望の再生像が生成されるようにコンピュータの計算で合成されたホログラム）を入力情報とした薄膜ホログラム（ホログラムの厚みが光の波長以下かそれより薄い場合のホログラムのことであり、回折を起こす条件が緩いため異なる波長や入射方向をもつ参照光に対しても回折光が得られる）の積層型 ROM メモリの開発も当初上記プロジェクトの一環として進められ、現在では企業内にてシステム化の検討が進められている。今後の課題としては、ROM 型メモリの大容量化（数年後に 10GB 以上：映画記録が可能）に向けた記録密度向上（メディア、光学系の改善）や書き込み可能な媒体材料及びドライブの開発が挙げられる。 MEMS プローブメモリ

MEMS プローブメモリの代表例として、IBM Zurich 研が開発した Millipede が良く知られている。これはポリマー(PMMA)メディアに熱的にトポ記録するメモリであり（信号再生：記録の有無によって生じるカンチレバー抵抗器の抵抗変化を検出）、１チップに 1000 本のカンチレバーを設置して、これらを同時にパラレル処理することが想定されている。チップは１バッチ作製(VLSI-MEMS)される。シングル・プローブでのデモではあるが、記録密度においては既に HDD のレベルを遥かに凌ぐ 1.14 Tb/in2_{が実証されている。IBM の 2010 年の開} 発目標は、SD カードの大きさで、記録密度 2 Tb/in2_{、記録容量 13GB、転送速度 30Mbps、} アクセス時間 5ms、消費電力 300mW である。将来のモバイルストレージとしての実用化が期待されるが、転送速度が HDD と比較すると非常に遅いことが最大の欠点である。今後の重要課題としては、転送速度の高速化、プローブ・トラッキングの高精度化、MEMS アクチュエータの小型化、消費電力低減などが挙げられる。転送速度の向上に向けては、ポリマーへの熱トポ記録から、元々高速記録可能な記録方式（例えば、磁性媒体へのスピン注入記録方式、記録信号読出しは GMR／TMR 再生等）へ変更すると、大容量で且つ 1 プローブ当たりでも非常に高速な記録が可能となる。これが実現すれば超小型 HDD またはフラッシュメモリの一部または全てを置き換えてしまう可能性もある。１．４キーテクノロジーの実現に向けて大量のコンテンツやビジネス・社会情報を安全確実に保管して利用するニーズを支えるストレージ技術の重要性は今後もさらに高まるものと思われる。ストレージ技術は最終ユーザーと直接に接する技術であり、その開発に当たっては常にニーズの動向を踏まえながら研究開発を進めていく必要がある。磁性系ストレージの記録系キーテクノロジに関しては、記録方式を大きく変更する必要があるパターン媒体記録方式と、近接場光を用いた熱アシスト記録方式の開発が重要である。一方、再生系キーテクノロジでは、TMR の実用化は近いと見られるものの、その後に続く有力な技術がいまだに見えていない。したがって、スピントロニクス・デバイスの研究開発を強力に推進していくことがぜひとも必要であろう。 2010 年迄には実用化が完了すると予測される次世代光ストレージ技術については、国内勢が欧

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Ⅲ−16 米勢に対してすでに圧倒的な優位性を確保しており、大筋としては企業主体での実用化が可能と思われる。しかしながら、次世代光ディスクの今後の大容量化と高速化に有望と考えられる Super-RENS 方式については、その記録・再生メカニズムが十分に解明されていないため、上記メカニズムの早期解明とディスク設計指針の確立が急務である。一方、体積ホログラム記録を中心とする次々世代光ストレージ技術について、2010 年頃に欧米に先駆けて容量 1TB 級、転送速度 1Gbps 級のアーカイブ用大容量・高速ホログラム記録装置を実用化するには、材料・デバイス・システムを統合した開発が必要である。また、新規ストレージ技術としては、2010 年頃以降に小型 HDD やフラッシュメモリの一部または全てを置き換えてしまう可能性を持つ「ＭＥＭＳプローブメモリ」が注目される。技術としての不確定性が高い段階にあるが、取り組むべき課題である。