現代數字影院
數字影院已逐漸取代舊有的膠片放映成為全球影院主要的放映技術。大部分現在發布的媒體內容均以數字格式制作，內容首先載入到數字影院的服務器系統，然后分發給每個投影機所嵌入的獨立媒體模塊（IMBs），再由獨立媒體模塊把加密的高分辨率內容轉化成投影機可展示的格式。獨立媒體模塊安裝在投影機里，可防止高分辨率的原始內容被輕易獲取和復制，投影機其他的安全措施，進一步提高原始內容的安全度。
獨立媒體模塊或使用內置數字存儲（見圖1），或使用外置存儲裝置（見圖2）來儲存播放內容。圖一展示內容直接由獨立媒體模塊的內置存儲模塊提供，圖二展示外置存儲模塊內的加密內容通過eSATA （直連式存儲，DAS）或以太網絡（網絡連接存儲，NAS）傳送至獨立媒體模塊。這兩種結構均可以通過影院網絡的以太網進行控制。
由于現代影院播放的媒體檔案大小一般為90GB至300GB，硬盤驅動器（簡稱為硬盤）是最常用的存儲技術。硬盤可提供視頻應用中非常重要的快速連續的數據流，相對于其他技術（如閃存）更具成本效益。
數字影院使用的硬盤
由于數字電影的檔案可能很大，因此把電影內容儲存在硬盤（相較于固態存儲）更具成本效益。硬盤最常見的外型大小有2.5英寸和3.5英寸，除了外形尺寸不同之外，兩者使用的數據接口以及其他特性如每分鐘轉數（RPM）也有所不同。硬盤的一般接口為SATA（串行ATA）和SAS（串行連接SCSI）。
硬盤使用不銹鋼懸浮體上的磁頭，在高速旋轉磁盤上的同心磁軌內寫入和讀取信息。旋轉馬達驅動電子模塊上的懸浮體控制磁頭在磁盤表面做徑向移動，在每面磁盤上形成記錄磁軌。這些磁軌被分割成稱為扇區的環形區域。磁頭經過磁盤表面時可以檢測到寫在扇區標頭的伺服信息。
硬盤控制電路根據伺服信息，利用尋道伺服電機將磁頭引導到適當位置，以寫入或讀取信息。由于磁盤對即使極少量的污染物都非常敏感，需要非常潔凈的空間，因此將其置入密閉的硬盤殼內以防止微粒和其他污染物進入。
圖3硬盤的內部結構和主要組件示意圖
3.5英寸硬盤內的磁盤盤片較2.5英寸的大。一般來說，3.5英寸硬盤內用作儲存數據的盤片表面較2.5英寸的大，所以3.5英寸硬盤的容量也相對較大。此外，3.5英寸硬盤的外殼一般較2.5英寸的高，所以3.5英寸硬盤可置入更多盤片。
3.5英寸硬盤用作儲存數據的磁盤盤片表面較大并置入較多磁盤，因此3.5英寸硬盤的存儲容量較2.5英寸的大。基于這個原因，3.5英寸硬盤的數字存儲成本（以$/TB存儲容量計算）比2.5英寸約低2倍，即2.5英寸硬盤的存儲成本（以$/TB存儲容量計算）比3.5英寸的高50%以上。
硬盤屬于機電設備，硬盤內的組件會因使用時間而耗損或失效。硬盤一般有5年的設計壽命（即便其保修期較短），這是基于硬盤在假定的應用環境和使用情況下，因此大部分硬盤的壽命不足5年。
用于企業級存儲系統的硬盤是為高使用率和長時間運行而設計的，HGST（西部數據分公司的其中一個分部）的Cinemastar系列產品和希捷公司的企業級高性能硬盤便是其中例子。企業級存儲系統把若干硬盤組成一個陣列，用于頻繁地讀寫數據和不間斷的運行。
其他為個人電腦應用而設計的硬盤每天只使用一點時間（如每日約8小時），使用時間遠少于企業應用。此外，個人電腦較少頻繁讀寫信息，因為這些設備提供給個人用戶而不是企業存儲陣列的多用戶并發使用。市面上還有為特定用途而設計的專用硬盤，例如供家庭數字視頻錄像機和視頻監控錄像使用的硬盤。
獨立媒體模塊內置或外置存儲
用于數字投影機光源的氙燈溫度非常高，因為其功率有900W至15KW。雖然投影機采用了液冷或風冷來控制溫度，但投影機內的溫度還是很容易超過100oC ，這種高溫對投影機內的組件是一種考驗。而獨立媒體模塊安裝在投影機內，其溫度也相當高，這對內置硬盤的獨立媒體模塊具有重要影響。
年故障率（AFR）指一定數量級的硬盤在一年使用中可能發生故障的比率，經常用以討論硬盤的長期可靠性。年故障率旨在明確硬盤在設定的運行條件下，在設計的使用壽命期和保修期內所允許的極少故障率。
如果硬盤受到額外的負擔，硬盤的年故障率會有所提高。這些負擔包括每年額外的開機時間（與每天使用硬盤的時間有關）、硬盤的內部溫度（與硬盤外部的熱負荷以及硬盤自身產生的熱量有關）。其他因素如物理撞擊和劇烈振動，也可能導致硬盤產生問題。為了盡量延長存儲系統內硬盤的壽命，我們應了解和管理這些造成額外負擔的因素。
由于現在數字影院投影機的溫度非常高，甚至超過100oC，我們將探討溫度（以及開機時間）對硬盤年故障率的影響。圖四是根據希捷科技的數據展示希捷視頻監控硬盤的年故障率與其硬盤外殼溫度之間的函數圖表 。這種硬盤用于密集寫入并偶爾讀取的視頻圖像。
雖然視頻監控不像數字影院放映般頻繁地讀取數據，但年故障率也同樣隨著溫度上升而上升。如果我們使用較低的開機時間曲線（開機時間2400小時），相當于每周開機約5天，每天約8小時。當硬盤外殼的溫度由30oC（接近室溫）上升至70oC時，年故障率上升至約3.4 倍（由0.21%上升至0.71%）。較早前有關硬盤年故障率與溫度關系的研究也在類似的溫度范圍 內記錄到類似的年故障率。此外，我們可以從數據中看到，年故障率會隨著年度開機時間的增加而上升（開機時間8760小時，相當于每天24小時運行），即使硬盤外殼溫度同是30oC時，長開機時間的年故障率會是短開機時間的3倍。
由于投影機及獨立媒體模塊的溫度可能超過100oC（并且大部分時間超過50oC），相對于安裝在較低環境溫度下的硬盤來說，這種熱負荷加上獨立媒體模塊內置硬盤自身產生的熱量，更容易增加硬盤的年故障率。例如，一個散熱控制良好的外置存儲系統，其內部溫度可保持在30oC至50oC之間，在這種較低的溫度下運行，年故障率將會較低。此外，相對于集成在獨立媒體模塊上的硬盤，外置存儲系統硬盤的使用壽命也更長。
外置存儲系統中的硬盤使用壽命更長，意味著這些硬盤的更換頻率會比獨立媒體模塊內置的低，投影機維護次數的減少將延長其所屬投影機的運行時間。此外，在設計合理的外置存儲系統上更換硬盤，也會比在數字投影機里更換硬盤更容易，升級外置存儲系統的存儲容量也更簡單。
數字影院與硬盤的未來
硬盤的未來
IBM公司在1956年推出首個硬盤。自此，硬盤的存儲容量增加超過十億倍，而外型縮小至今天的2.5英寸，甚至更小。硬盤技術不斷發展，不論是磁頭、介質（磁盤）、馬達、伺服系統、驅動電路、外殼還是防污染技術，都得到顯著提升，為包括視頻內容在內的各種資料的存儲提供可靠的低成本數字存儲技術。
硬盤磁錄密度（每一磁盤表面積可儲存的信息字節數）愈高，每一磁盤提供的數字存儲容量便愈多，硬盤的存儲容量也愈大。因此，在數字存儲成本（以$/TB計算）方面領先其他存儲技術（如閃存）的主要方法是增加硬盤磁錄密度。需要注意的是，硬盤的磁盤數量也是硬盤總存儲容量的關鍵。
目前硬盤磁錄密度以每年約15%的速度增長（每平方英寸千兆位或稱Gbpsi），然而根據下方圖五顯示的每季最高硬盤磁錄密度的記錄，硬盤磁錄密度的實際增長趨勢并沒有任何固定規律可循，而是時斷時續，并在多個季度保持不變。我們可以建立某種形式的整體平均增長趨勢，需要注意的是，平穩的理論增長趨勢預測在某個特定的時間點很可能是錯誤的。
2015年將推出存儲容量高達10TB的3.5英寸硬盤。新研制的8TB和10TB的3.5英寸硬盤引入了幾項新技術，包括疊瓦式磁記錄（SMR）和氦氣充填式密封硬盤。疊瓦式磁記錄通過對現有硬盤磁道進行部分重疊覆蓋而減小磁道寬度來提高記錄密度。在疊瓦式磁記錄技術下，我們以低于直接覆寫先前數據的成本來增加硬盤的有效磁軌密度。另外，以氦氣取代空氣充填密封的硬盤，有助硬盤置入更多磁盤，從而增加硬盤的存儲容量。
2.5英寸和3.5英寸硬盤均受益于日益增強地磁錄密度技術。最近發布的3TB 2.5英寸硬盤，說明該尺寸的硬盤同樣在擴充存儲容量。
疊瓦式磁記錄技術難以再進一步大幅提高磁錄密度，氦充填技術也只允許增加一定的磁盤。因此，更高的存儲容量必須引入全新的數字存儲技術。領導硬盤業界的高級存儲技術聯盟（ASTC）在2014年發表了硬盤磁錄密度（在限定硬盤表面積可儲存的數字存儲量）路線圖。
根據ASTC的路線圖（見圖6）所示，將在2017年將熱輔助存儲技術（HAMR）引入硬盤制造上，讓磁錄密度年增長率提高至30%（目前約為15%）。
有趣的是，路線圖顯示在2021年將應用一種稱為「位元規則介質」（在磁盤表面把磁介質分割成細小區域）結合疊瓦式磁記錄的技術或「二維磁記錄」（TDMR）的擴展疊瓦式磁記錄的技術。到2025年，這種技術再結合熱輔助磁記錄技術，將把磁錄密度增加至高達每平方英寸10Tb。目前出售的硬盤磁錄密度為每平方英寸0.86Tb，換句話說，在2025年由此技術制成的3.5英寸硬盤，其存儲容量將達到100 TB，約是現在的10倍。
數字影院存儲的未來
由于數字影院對存儲的需求不斷增加，數字存儲設備的存儲容量至關重要。目前數字影院播放2K和4K的內容，甚至是3D的內容，未來的分辨率可能會更高。表一對分辨率為2K、4K和潛在的8K內容的像素數及幀率進行對比。分辨率（即像素數量）、幀率和色彩深度都會影響到數字電影檔案文件的總大小。業界正在推動的8K×4K的視頻，可能在2020年后進入影院。
毫無投影機內部空間的限制，外置存儲系統允許使用更多的高容量的3.5英寸硬盤而非容量較小的2.5英寸硬盤，以提供更大的存儲容量。由于數字投影機的空間限制，所有獨立媒體模塊的內置存儲系統均采用2.5英寸硬盤。
如前所述，3.5英寸硬盤比2.5英寸硬盤的存儲容量更大，存儲成本（以$/TB計算）更低。因此，相對于獨立媒體模塊集成的內置存儲，使用3.5英寸硬盤的外置存儲系統更具高可靠性、易升級、高成本效益的優勢。
更高的分辨率和更高的幀率造成數字電影檔案文件的不斷增大，低成本大容量將是不得不考慮的因素。
除了高分辨率和高幀率造成的文件更大之外，對數據傳輸速率的要求更高。外置存儲系統所使用的3.5英寸硬盤，其數據傳輸速率比獨立媒體模塊內置的2.5英寸硬盤高（與2.5英寸硬盤約500 Mbps速率相比，3.5英寸硬盤的數據傳輸速率超過1 Gbps）。這是由于3.5英寸硬盤轉速（7，200RPM）比2.5英寸硬盤轉速（5，400RPM）高，半徑比2.5英寸硬盤大，其線速度更快而決定的。
3.5英寸硬盤與2.5英寸硬盤的平均數據傳輸速率比約為2：1。數字電影檔案文件的大小因不同分辨率及2D或3D的不同而不同，一般為100至500 GB之間。雖然數字電影目前的數據傳輸速率高達500 Mbps（只計算視頻傳輸），但DCI檔案由多個數據塊重建而成，需要合并計算額外的帶寬。
此外，如果同一存儲系統同時輸出多個視頻流，所需的帶寬將會倍增。因此，就存儲高分辨率的多媒體內容來說，特別是影片分辨率的不斷增長或不可避免輸出多個視頻流的時候，3.5英寸硬盤將是更好的選擇。
總結
更大的硬盤存儲容量對數字電影來說非常重要，因為使用較少的硬盤即可達到既定的存儲容量。此外，如表一所示，隨著數字電影的分辨率、幀率和色彩深度的不斷提高的趨勢，其檔案文件的整體大小也不斷增大。如使用3.5英寸硬盤這樣既符合成本效益，又擁有高存儲性能和高數據傳輸速率的存儲設備，將是儲存和播放高分辨率的大視頻內容的關鍵。
使用外置存儲系統代替獨立媒體模塊的內置硬盤，讓硬盤在較低溫度下運行，從而提高硬盤的可靠性和使用壽命。此外，外置存儲可使用具備更高容量和數據傳輸速率的3.5英寸硬盤而非2.5英寸硬盤，更適合傳輸分辨率較高的視頻？容。隨著硬盤技術的不斷發展，能夠支持未來更高的分辨率、更高的幀率和更高色彩深度的視頻內容。
