Cinta lineal abierta

Al ver una oportunidad, IBM, HP y Seagate formaron el Consorcio LTO, ^{[ 5 ]} que introdujo un formato más abierto centrado en el mismo segmento de mercado de gama media. ^{[ 6 ]} Gran parte de la tecnología es una extensión del trabajo realizado por IBM en su laboratorio de Tucson durante los 20 años anteriores. ^{[ 7 ]}

En 2000, y alrededor del momento del lanzamiento de LTO-1, la división de cintas magnéticas de Seagate se escindió como Seagate Removable Storage Solutions, ^{[ 8 ]} renombrada Certance en 2003, y posteriormente adquirida por Quantum en 2004. ^{[ 9 ]}

A diferencia de otras tecnologías de cinta, un cartucho Ultrium está rígidamente definido por una generación particular de tecnología LTO y no puede utilizarse de ninguna otra manera (con la excepción de LTO-7 Tipo M, véase más abajo). Las unidades Ultrium anteriores a LTO-10 ^{[ 31 ]} tienen cierto grado de compatibilidad con generaciones anteriores de cartuchos.

Las reglas de compatibilidad entre generaciones de unidades y cartuchos son las siguientes:

• Las unidades de disco de cualquier generación pueden leer y escribir cartuchos de la misma generación.
• Las unidades de las generaciones 2 a 9 también pueden leer y escribir cartuchos de la generación anterior.
• Las unidades de las generaciones 3 a 7 también pueden leer (pero no escribir) cartuchos de dos generaciones anteriores.
• Las unidades de la generación 8 pueden reformatear cartuchos no utilizados de la generación 7 con un formato especial de mayor capacidad ( Tipo M (M8) ). Una vez reformateado como Tipo M, el cartucho solo es compatible con unidades de la generación 8.

De acuerdo con las reglas de compatibilidad mencionadas anteriormente, se espera que las unidades y los cartuchos de diferentes fabricantes sean intercambiables. Por ejemplo, una cinta grabada en una unidad de un fabricante debería ser totalmente legible en cualquier unidad de otro fabricante compatible con esa generación de LTO.

La cinta LTO Ultrium está dispuesta con cuatro bandas de datos anchas intercaladas entre cinco bandas de servo estrechas. ^{[ 52 ]} Una delgada banda de protección recorre cada borde. El cabezal de lectura/escritura de la cinta se ubica entre una banda de datos y las dos bandas de servo adyacentes.

Las bandas de servocontrol contienen un patrón de franjas magnéticas angulares grabadas permanentemente en la cinta durante la fabricación. La función principal de la señal de servocontrol es mantener la posición transversal del cabezal de lectura/escritura con respecto a la cinta. Esto permite que el cabezal siga con precisión cada pista a medida que la cinta avanza a alta velocidad.

La señal del servomotor también puede codificar un flujo de datos de baja tasa de bits. Estos datos se utilizan para codificar la posición longitudinal (LPOS) de ese punto en la cinta. ^{[ 53 ]} Además de LPOS, los fabricantes pueden codificar datos adicionales en la señal. ^{[ 52 ]} Con LPOS y una fuente de tiempo precisa, una unidad de cinta puede medir con precisión la velocidad de la cinta.

Los datos reales almacenados en la cinta se graban en pistas individuales ubicadas dentro de las bandas de datos. Dependiendo de la generación, puede haber decenas, cientos o miles de pistas de datos por banda.

El cabezal de cinta tiene 8, 16 o 32 elementos de lectura/escritura de datos y elementos de lectura servo adicionales. El conjunto de 8, 16 o 32 pistas escritas en una sola pasada unidireccional de extremo a extremo se denomina "enrollamiento". El cabezal de cinta se desplaza lateralmente para acceder a los diferentes enrollamientos dentro de cada banda y también para acceder a las demás bandas.

La escritura en una cinta virgen comienza en la banda 0, vuelta 0, una vuelta hacia adelante que va desde el principio de la cinta (BOT) hasta el final de la cinta (EOT) e incluye una pista que recorre un lado de la banda de datos. La siguiente vuelta escrita, banda 0, vuelta 1, es una vuelta hacia atrás (EOT a BOT) e incluye una pista en el otro lado de la banda. Las vueltas continúan en pasadas hacia adelante y hacia atrás, con ligeros desplazamientos hacia el centro de la banda en cada pasada.

Las pistas grabadas en cada pasada se superponen parcialmente con las grabadas en la pasada anterior en la misma dirección, como tejas . El patrón de vaivén, que va desde los bordes hacia el centro, se asemeja conceptualmente a una serpiente enroscada y se conoce como grabación serpentina lineal .

A nivel físico de cualquier medio de almacenamiento magnético, cada pista es una secuencia de inversiones de flujo magnético analógico que codifican una señal digital binaria . La conversión fiable entre los dominios digital y analógico puede resultar compleja. ^{[ 54 ]} Para lograrlo, se han desarrollado técnicas de codificación de longitud de ejecución limitada (RLL), máxima verosimilitud de respuesta parcial (PRML) y detección de máxima verosimilitud predictiva de ruido (NPML).

La estructura de bloques de la cinta es lógica, por lo que los espacios entre bloques, las marcas de archivo, las marcas de cinta, etc., ocupan solo unos pocos bytes cada uno. En LTO-1 y LTO-2, esta estructura lógica incorpora códigos CRC y compresión para crear bloques de 403.884 bytes. A continuación, se añade otro bloque de 468 bytes de información (que incluye estadísticas e información sobre la unidad que escribió los datos y la fecha y hora de escritura) para crear un "conjunto de datos". Finalmente, se añaden bytes de corrección de errores para que el tamaño total del conjunto de datos alcance los 491.520 bytes (480 KiB ) antes de que se escriba en un formato específico en los ocho cabezales. LTO-3 y LTO-4 utilizan un formato similar con bloques de 1.616.940 bytes. ^{[ 55 ]} 

Las unidades de cinta utilizan un potente algoritmo de corrección de errores que permite la recuperación de datos cuando la pérdida se produce dentro de una misma pista. Además, al escribir datos en la cinta, estos se verifican mediante la lectura de los cabezales de lectura, situados justo detrás de los de escritura. Esto permite a la unidad escribir una segunda copia de cualquier dato que no supere la verificación, sin necesidad de la intervención del sistema.

Aunque las especificaciones varían entre las distintas unidades, una unidad LTO-7 típica tarda unos 15 segundos en cargar la cinta y 20 segundos en descargarla. Estas unidades tienen un tiempo de rebobinado promedio de 60 segundos y un tiempo de acceso promedio (desde el inicio de la cinta) de unos 56 segundos. ^{[ 56 ]} Debido a los métodos de escritura serpentina, el rebobinado suele tardar menos tiempo que el máximo. Si una cinta se graba a su máxima capacidad, no hay tiempo de rebobinado, ya que la última pasada es una pasada inversa que deja el cabezal al principio de la cinta (el número de pistas ÷ pistas grabadas por pasada siempre es un número par).

La cinta LTO está diseñada para un almacenamiento de archivo de 15 a 30 años. ^{[ 57 ] [ 58 ]} Si las cintas se archivan durante más de 6 meses, deben almacenarse a una temperatura entre 16 y 25 °C (61 y 77 °F) y entre 20 y 50 % HR. ^{[ 59 ] [ 60 ]} Tanto las unidades como los soportes deben mantenerse libres de polvo en suspensión u otros contaminantes provenientes de materiales de embalaje y almacenamiento, polvo de papel, partículas de cartón, polvo de tóner de impresora, etc. ^{[ 59 ]}  

Dependiendo de la generación de la tecnología LTO, una sola cinta LTO debería poder soportar aproximadamente entre 200 y 364 pasadas de archivo completas. ^{[ 51 ]} Existe una gran variabilidad en la vida útil en el uso real. Una pasada de archivo completa equivale a escribir suficientes datos para llenar una cinta entera y requiere entre 44 y 208 pasadas de extremo a extremo. Escribir regularmente solo el 50 % de la capacidad de la cinta resulta en la mitad de pasadas de cinta de extremo a extremo para cada copia de seguridad programada, y por lo tanto duplica la vida útil de la cinta. LTO utiliza una tecnología de verificación automática después de la escritura para comprobar inmediatamente los datos mientras se escriben, ^{[ 61 ] [ 62 ]} pero algunos sistemas de copia de seguridad realizan explícitamente una operación de lectura de cinta completamente separada para verificar que la cinta se haya escrito correctamente. Esta operación de verificación separada duplica el número de pasadas de extremo a extremo para cada copia de seguridad programada y reduce la vida útil de la cinta a la mitad.

La especificación LTO original describe un método de compresión de datos LTO-DC , también llamado compresión de datos sin pérdidas en flujo (SLDC). ^{[ 63 ] [ 64 ]} Es muy similar al algoritmo ALDC ^{[ 65 ]} que es una variación de LZS . Se anuncia que LTO-1 a LTO-5 alcanzan una relación de compresión "2:1", mientras que LTO-6 y generaciones posteriores, ^{[ 21 ]} que aplican un algoritmo SLDC modificado usando un búfer de historial más grande, se anuncian con una relación "2,5:1". Esto es inferior a algoritmos más lentos como gzip , pero similar a lzop y los algoritmos de alta velocidad integrados en otras unidades de cinta. La relación realmente alcanzable generalmente depende de la compresibilidad de los datos, por ejemplo, para datos precomprimidos como archivos ZIP, imágenes JPEG y video o audio MPEG la relación será cercana o igual a 1:1.

Una novedad de LTO-3 fue la capacidad de escritura única y lectura múltiple (WORM). Esto resulta útil para el registro legal de datos y para la protección contra el borrado accidental o intencional, por ejemplo, por ransomware o simplemente por error humano. Los cartuchos LTO estándar incluyen un interruptor de protección contra escritura en la esquina inferior izquierda, aunque el usuario puede anularlo fácilmente y este no ofrece ninguna protección contra la eliminación accidental, por ejemplo, por una identificación errónea del cartucho. Una unidad LTO-3 o posterior no borrará ni sobrescribirá los datos de un cartucho WORM, sino que los leerá. Un cartucho WORM es idéntico a un cartucho de cinta normal de la misma generación con las siguientes excepciones: la memoria del cartucho lo identifica a la unidad como WORM, las pistas de servo son ligeramente diferentes para permitir la verificación de que los datos no se han modificado, la mitad inferior de la carcasa del cartucho es gris ^{[ 66 ]} y puede incluir tornillos a prueba de manipulaciones ^{[ 67 ]} . Las unidades compatibles con WORM reconocen inmediatamente los cartuchos WORM e incluyen un ID WORM único con cada conjunto de datos escrito en la cinta. No hay ninguna diferencia en el soporte de cinta de un cartucho WORM.

La especificación LTO-4 añadió una función que permite a las unidades LTO-4 cifrar los datos antes de escribirlos en la cinta. ^{[ 68 ]} Todas las unidades LTO-4 deben ser conscientes de las cintas cifradas, pero no están obligadas a admitir el proceso de cifrado. Todos los fabricantes actuales de LTO admiten el cifrado habilitado de forma nativa en las unidades de cinta mediante Application Managed Encryption (AME). El algoritmo utilizado por LTO-4 es AES - GCM , que es un cifrado de bloques simétrico autenticado. Se utiliza la misma clave para cifrar y descifrar los datos, y el algoritmo puede detectar manipulaciones de los datos. Las unidades de cinta, las bibliotecas de cintas y el software de copia de seguridad pueden solicitar e intercambiar claves de cifrado utilizando protocolos propietarios o un estándar abierto como el Key Management Interoperability Protocol de OASIS .

La especificación LTO-5 introdujo la función de particionamiento que permite dividir una cinta en dos áreas de escritura independientes, conocidas como particiones. LTO-6 amplía esta especificación para permitir cuatro particiones independientes. El tamaño de las particiones puede ser cualquier múltiplo de dos vueltas completas y deben estar separadas por dos vueltas de protección vacías, a menos que las particiones coincidan con los límites de la banda de datos.

A lo largo de la historia del formato, ha habido seis fabricantes de soportes de tecnología LTO con licencia y verificación de cumplimiento: EMTEC , Imation , Fujifilm , Maxell , TDK y Sony . ^{[ 69 ]} Todas las demás marcas de soportes son (o fueron) fabricadas por estas empresas bajo contrato. Verbatim ^{[ 70 ]} y Quantegy ^{[ 71 ]} obtuvieron licencias de la tecnología LTO, pero nunca fabricaron sus propios soportes con verificación de cumplimiento. Desde su quiebra en 2003, EMTEC ya no fabrica productos de soportes LTO. Imation finalizó toda la producción de cintas magnéticas en 2011, ^{[ 72 ]} pero continuó fabricando cartuchos utilizando cinta TDK durante un tiempo. Maxell produjo cartuchos hasta la sexta generación inclusive en 2012, pero desde entonces se ha retirado del mercado. TDK se retiró del negocio de cintas de datos en 2014. ^{[ 73 ]}

A partir de 2019, solo Fujifilm y Sony siguen fabricando cartuchos LTO. ^{[ 74 ]}

Los cartuchos de todas las generaciones tienen las mismas dimensiones: 102,0 mm × 105,4 mm × 21,5 mm (4,02 pulg. × 4,15 pulg. × 0,85 pulg.) . ^{[ 75 ]}          

Los colores de las carcasas de los cartuchos LTO Ultrium son, en general, uniformes. HP es la excepción más notable. En ocasiones, diferentes fabricantes utilizan nombres de colores similares, en lugar de idénticos (azul pizarra y azul grisáceo; verde, verde azulado y azul verdoso; rojo oscuro y burdeos).

Los cartuchos WORM (write once, read many) son bicolores: la mitad superior de la carcasa es del color normal de esa generación para ese fabricante, y la mitad inferior de la carcasa es de un gris claro. ^{[ 86 ]}

Cada cartucho LTO contiene un chip de memoria (CM) en su interior, que se utiliza para identificar las cintas, diferenciar entre las distintas generaciones de LTO y almacenar información sobre su uso. Esta memoria se puede leer o escribir, en bloques de 32 bytes, mediante una  interfaz de radiofrecuencia pasiva sin contacto de 13,56 MHz. El alcance de esta interfaz sin contacto es de 20  mm. ^{[ 87 ]}

Cada unidad LTO tiene un lector de memoria de cartucho. Hay lectores externos disponibles, tanto integrados en bibliotecas de cintas como basados ​​en PC. Uno de estos lectores, Veritape, se conecta por USB a una PC y se integra con software de análisis para evaluar la calidad de las cintas. ^{[ 88 ]} Este dispositivo también se comercializa con el nombre de Spectra MLM Reader ^{[ 89 ]} y Maxell LTO Cartridge Memory Analyzer. ^{[ 90 ]} Proxmark3 y otros lectores RFID genéricos también pueden leer datos. ^{[ 91 ]}

La etiqueta del cartucho LTO en aplicaciones de bibliotecas de cintas suele utilizar la simbología de código de barras USS-39 . ^{[ 92 ] [ 93 ]} Una descripción y definición está disponible en la especificación de la Especificación de Símbolo Uniforme (USS-39) de los Fabricantes de Identificación Automática (AIM) y en la especificación de código de barras ANSI MH10.8M-1993. Para las etiquetas LTO, hay 6 caracteres más un código de identificación. Este identificador se llama VOLSER, por Volumen Serial. ^{[ 82 ]}

La cinta dentro de un cartucho LTO está enrollada alrededor de un solo carrete. El extremo de la cinta está unido a un pasador guía perpendicular que la unidad LTO utiliza para sujetar de forma segura el extremo de la cinta y montarlo en un carrete receptor dentro de la unidad. Las tecnologías de cinta de carrete único más antiguas, como la cinta de 9 pistas y la DLT , utilizaban diferentes métodos para cargar la cinta en el carrete receptor. Cuando un cartucho no está en la unidad, el pasador se mantiene en su lugar en la abertura del cartucho mediante un pequeño resorte. Una causa común de que un cartucho no se cargue en la unidad es la mala posición del pasador guía debido a una caída. La ranura de plástico donde normalmente se sujeta el pasador se deforma con la caída y el pasador guía ya no está en la posición que la unidad espera.

Las pistas de servo magnético en la cinta están codificadas de fábrica. El uso de un borrador masivo, la desmagnetización o la exposición del cartucho a un campo magnético intenso borrarán las pistas de servo junto con las pistas de datos, dejando el cartucho inservible. El borrado de las pistas de datos sin destruir las de servo se puede realizar con una unidad LTO o con equipo especial. El cabezal de borrado utilizado en estos borradores tiene cuatro polos magnéticos que coinciden con el ancho y la ubicación de las bandas de datos. Los espacios entre los polos corresponden a las pistas de servo, que no se borran. Las cintas borradas con este equipo se pueden volver a grabar. ^{[ 94 ]}

Un cartucho de limpieza universal puede utilizarse para eliminar los residuos de los cabezales de lectura y escritura de la unidad de cinta. Si bien es importante mantener limpia la unidad de cinta, los cartuchos de limpieza convencionales son abrasivos y su uso frecuente acorta su vida útil. La vida útil de un cartucho de limpieza suele ser de entre 15 y 50 limpiezas. ^{[ 95 ]}

Además de mantener limpia la unidad de cinta, también es importante mantener limpio el soporte de cinta. Los residuos presentes en el soporte pueden depositarse en los componentes de la unidad que están en contacto con la cinta. Estos residuos pueden provocar un mayor desgaste del soporte, lo que genera aún más residuos. Eliminar el exceso de residuos de la cinta puede reducir la cantidad de errores de datos. La limpieza del soporte requiere equipos especiales. Spectra Logic también utiliza estos limpiadores para limpiar los nuevos soportes que comercializa como soportes "CarbideClean". ^{[ 96 ]}

Las velocidades mínimas y máximas de transferencia de datos varían según la generación y el tipo de unidad. Las unidades de media altura pueden no alcanzar las mismas velocidades que las unidades de altura completa de la misma generación.

Si se está realizando una compresión (o descompresión) de datos, la velocidad media entre la unidad y el ordenador sería superior a la velocidad entre la cinta y la unidad.

Las unidades suelen admitir el funcionamiento a velocidad variable para ajustarse dinámicamente al flujo de datos. Esto prácticamente elimina el retroceso de la cinta o el "ajuste excesivo", maximizando el rendimiento general y la vida útil del dispositivo/cinta. ^{[ 99 ]}

Las unidades LTO disponen de un cepillo interno para la limpieza del cabezal de cinta que se activa al insertar un cartucho.

Cuando se requiere una limpieza más exhaustiva, la unidad lo indica en su pantalla o mediante indicadores de alerta de cinta. ^{[ 100 ]} Se puede insertar un cartucho de limpieza y el mecanismo iniciará automáticamente una operación de limpieza, pasando una parte de la cinta de limpieza sobre el cabezal de la cinta para desalojar y recoger cualquier residuo acumulado.

Estas unidades suelen venir empaquetadas en carcasas externas de sobremesa o en soportes que se insertan en una biblioteca de cintas robótica.

A partir de 2025, hay disponibles grandes bibliotecas de cintas automatizadas de IBM, ^{[ 101 ]} Spectra Logic , ^{[ 102 ]} Oracle StorageTek , ^{[ 103 ]} y Quantum (anteriormente ADIC ). ^{[ 104 ]} También hay disponibles bibliotecas más pequeñas y cambiadores automáticos de otros proveedores, incluidas muchas unidades renombradas fabricadas originalmente por BDT. ^{[ 105 ]} Las bibliotecas disponibles actualmente pueden contener hasta dos mil cartuchos LTO en el volumen de un rack típico de centro de datos . ^{[ 106 ]} El almacenamiento total por unidad puede superar las decenas de petabytes con tasas de E/S que superan los cientos de terabytes por día.

Desde su creación, se han vendido más de 5 millones de unidades LTO y 500 EB de capacidad de almacenamiento. ^{[ 1 ]}

La presencia de cinco fabricantes de medios certificados y cuatro fabricantes de mecanismos certificados generó durante un tiempo un mercado competitivo para los productos LTO. Sin embargo, a partir de 2019,Solo hay dos fabricantes que desarrollan soportes de almacenamiento, Sony y Fuji, y solo IBM desarrolla mecanismos.

La organización LTO publica anualmente los envíos de soportes de almacenamiento, medidos tanto en unidades como en capacidad comprimida. Los envíos de unidades de soportes alcanzaron su punto máximo en 2008, con aproximadamente 28 millones. ^{[ 109 ]} Sin embargo, los 152,9 exabytes de capacidad total de almacenamiento comprimido enviados en 2023 constituyen la cifra más alta jamás registrada. ^{[ 110 ]}

La información pública sobre las ventas de unidades de cinta no está fácilmente disponible. Las unidades enviadas anualmente alcanzaron un máximo de aproximadamente 800.000 en 2008, pero han disminuido desde entonces a aproximadamente 400.000 unidades en 2010, ^{[ 111 ]} y a menos de 250.000 a finales de 2018 ^{[ 112 ].}

Durante décadas, el almacenamiento en cinta se ha utilizado principalmente solo en algunas situaciones especiales, como con mainframes o para copias de seguridad y archivado, por lo que la disminución del coste de los discos hizo parecer posible que estos reemplazaran por completo los usos restantes de la cinta. A pesar de esto, la continua evolución de la tecnología de cinta, y en particular de LTO, ha mantenido la relevancia del almacenamiento en cinta. ^{[ 113 ] [ 114 ]}

Las unidades SSD basadas en memoria flash también han experimentado una disminución en su costo y un aumento en su uso. Una ventaja clave de las unidades SSD son sus rápidos tiempos de acceso y velocidades de transferencia de datos, superando fácilmente a las opciones LTO y de disco. Sin embargo, LTO nunca compitió en el espacio de almacenamiento primario, donde las unidades SSD destacan. En el mercado de almacenamiento de archivo fuera de línea, las unidades SSD aún no compiten con LTO en términos de estabilidad a largo plazo o bajo costo por unidad de almacenamiento de datos. ^{[ 115 ]}