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廣皓天
近日，微軟研究院宣布了一個非常有意思的“二氧化硅項目”。該項目主要是開發(fā)一種環(huán)保方法，可以使用超快激光在玻璃板中存儲大量數(shù)據(jù)——這樣一來，就可以將音樂、電影等“拷貝”保存在玻璃中。
更神奇的是，一旦這些數(shù)據(jù)成功寫入，硅玻璃內(nèi)的數(shù)據(jù)將在數(shù)千年-數(shù)萬年內(nèi)保持不變，并且能夠承受電磁脈沖和極端溫度。
簡單來說，微軟用石英玻璃制造了一張張3英寸長的正方形“硬盤”，每張可儲存100GB的數(shù)據(jù)，大概可儲存兩萬首歌曲。
該項目是微軟與專注于可持續(xù)發(fā)展的風(fēng)險投資集團Elire合作開展的，雙方希望可以找到一種更可持續(xù)的數(shù)據(jù)捕獲形式，使玻璃中的數(shù)據(jù)變得“牢不可破”。
玻璃存儲過程包括：使用超快飛秒激光寫入，通過計算機控制的顯微鏡進行讀取、解碼和轉(zhuǎn)寫，最后存儲在“圖書館”中。值得注意的是，這個“圖書館”是被動運行的，不使用電力，這有可能大大減少與長期數(shù)據(jù)存儲相關(guān)的碳排放。
“二氧化硅項目”打造了一種更可持續(xù)的數(shù)據(jù)捕獲形式，超越了壽命有限的磁存儲，后者存在著頻繁的重復(fù)復(fù)制、不斷增加的能源消耗和運營成本等劣勢。
二氧化硅項目工程師Ant Rowstron表示：“磁性技術(shù)的使用壽命是有限的，一個硬盤驅(qū)動器大約可以使用5-10年。一旦生命周期結(jié)束，你就得把它復(fù)制一遍，存到新一代的媒體上。老實說，如果考慮到我們正在使用的所有能源和資源，這既麻煩又不可持續(xù)。”
用玻璃保存全球音樂的未來
專注于可持續(xù)發(fā)展的風(fēng)險投資集團Elire現(xiàn)在已成為最新一家與微軟研究院(Microsoft Research)Project Silica團隊合作的公司，加入了CMR Surgical等公司的行列，后者正在使用玻璃數(shù)據(jù)存儲來改變機器人手術(shù)的未來。
Elire將在挪威斯瓦爾巴群島的全球音樂庫(Global Music Vault)中使用這項技術(shù)，一小片玻璃可以容納數(shù)Tb的數(shù)據(jù)，足以存儲大約175萬首歌曲或13年的音樂。這是向可持續(xù)數(shù)據(jù)存儲邁出的重要一步。
微軟指出，盡管玻璃存儲尚未準(zhǔn)備好大規(guī)模推廣，但因其具備耐用性和成本效益，它被視為一項前景光明的可持續(xù)商業(yè)化解決方案，后持續(xù)的維護成本也將“微乎其微”。只需要將這些玻璃數(shù)據(jù)儲器存放在無需電力的庫中。當(dāng)需要時，機器人會爬上貨架取回，以便后續(xù)導(dǎo)入操作。
光學(xué)數(shù)據(jù)存儲的潛力有多大？
根據(jù)存儲方式的不同，存儲方式可以是電磁介質(zhì)、光學(xué)介質(zhì)或其他介質(zhì)。傳統(tǒng)的光存儲系統(tǒng)使用像藍光這樣的光盤，其中包含一層反射材料。光驅(qū)使用激光在相鄰的涂層上產(chǎn)生不反射的凹坑，讀取凹坑的激光可以檢測到這些凹坑。凹坑的模式和未燃燒的反射區(qū)域被檢測出來后，可以對存儲的數(shù)據(jù)進行編碼。
但在互聯(lián)網(wǎng)、社交媒體和云計算應(yīng)用數(shù)據(jù)指數(shù)級增長的背景下，超高密度光數(shù)據(jù)存儲的需求暴漲——數(shù)據(jù)存儲迫切需要克服傳統(tǒng)磁性硬盤驅(qū)動器或磁帶以及固態(tài)驅(qū)動器(SSD)存儲的瓶頸，并新型長期數(shù)據(jù)存儲解決方案。
人們普遍認為，光學(xué)技術(shù)是提高海量數(shù)據(jù)存儲能力的關(guān)鍵。上述借助玻璃來進行數(shù)據(jù)存儲的概念可以追溯到19世紀，后經(jīng)精心改良、技術(shù)升級迭代，諸多障礙被一一克服。
此外，相比目前的光盤技術(shù)，光學(xué)數(shù)據(jù)存儲比較突出的一點優(yōu)勢是：它能夠?qū)崿F(xiàn)多維的數(shù)據(jù)存儲。
顧名思義，多維數(shù)據(jù)存儲主要是以三維以上的結(jié)構(gòu)(如多層光盤、卡片、晶體或立方體)記錄和讀出信息。信息的寫入和讀出，在這個過程中，通常是通過將一個或多個激光束聚焦到三維介質(zhì)中來實現(xiàn)的。由于存儲介質(zhì)的體積性質(zhì)，在寫入或讀取所需的基準(zhǔn)之前，需要激光通過其他點。這意味著寫和讀函數(shù)通常都需要非線性，以便在給定時間只處理一個局部點。
時至今日，5D光數(shù)據(jù)存儲技術(shù)已經(jīng)得到驗證——使用這種技術(shù)的光盤可以存儲高達360Tb的數(shù)據(jù)，并可以保存數(shù)十億年。1996年，科學(xué)家首次提出并演示了使用飛秒激光來記錄存儲數(shù)據(jù)。這項技術(shù)于2010年由京都大學(xué)Kazuyuki Hirao的實驗室首次演示，并由南安普頓大學(xué)光電子研究中心的Peter Kazansky研究小組進一步發(fā)展演進。此外，日立和微軟也已經(jīng)研究了基于玻璃的光存儲技術(shù)，后者的項目被稱為“Project Silica”。全球范圍內(nèi)，光存儲市場的主要玩家還包括：索尼、西部數(shù)碼、三星電子、IBM、東芝、富士通。
5D光學(xué)數(shù)據(jù)存儲主要是基于一種實驗性納米結(jié)構(gòu)玻璃，它不僅通過在三維空間中編碼數(shù)據(jù)來存儲信息，而且還通過與雙折射有關(guān)的兩個參數(shù)來存儲信息，這些參數(shù)是由聚焦在玻璃介質(zhì)中的飛秒激光的偏振和強度控制的。納米結(jié)構(gòu)的大小、方向和三維位置構(gòu)成了上述五個維度。
然而，為了提高這項技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用前景，還需要提高數(shù)據(jù)讀取速度。此外，由于必需的高功率激光系統(tǒng)和缺乏數(shù)據(jù)可重寫性，其應(yīng)用可能會受到限制。
光學(xué)數(shù)據(jù)存儲也適用于多電平編碼技術(shù)，它通過使用不同的離散信號強度級別每點寫入多個比特，可以顯著增加存儲容量。多級數(shù)據(jù)存儲還可以同時讀出多個比特，從而提高數(shù)據(jù)的讀出速率，這對于大數(shù)據(jù)集來說是非常重要的。
在南澳大利亞大學(xué)和新南威爾士大學(xué)的一項新興技術(shù)中，科研人員們可以利用無機熒光粉的獨特特性來存儲數(shù)據(jù)。這種方法具有可重寫和使用低功率激光器的潛力。此外，該技術(shù)也不需要低溫，而是能夠在室溫下燃燒光譜孔，從而更加實用。
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