Мы привыкли считать данные чем-то нематериальным. Но на самом деле они живут на вполне физических носителях, и эти носители стареют быстрее, чем сами данные.
Человечество генерирует данные быстрее, чем учится их хранить. Жёсткие диски изнашиваются за пять лет, SSD теряют заряд без питания, архивные ленты LTO требуют замены каждые 7 лет. Даже облачные хранилища опираются на те же физические носители.
Между тем 60–80% корпоративных данных относятся к категории cold storage — архивной информации, которую редко читают, но обязаны хранить десятилетиями. По прогнозам IDC к 2028 году ежегодный объём новых данных достигнет 394 зеттабайта.
Медицинские записи, научные архивы, юридические документы, культурное наследие - все эти данные требуют надёжного и долговременного хранения без постоянного энергопотребления и регулярной миграции на новые носители.
На этом фоне появляются технологии, которые обещают хранить данные не годами, а веками и тысячелетиями. Одна из таких разработок — 5D Memory Crystal компании SPhotonix, стартапа с исследовательскими центрами в Великобритании и Швейцарии. Анонс абсолютно новой модели хранения данных был еще в декабре 2025 года.
Кто разработал 5D Memory Crystal
SPhotonix основана в 2024 году профессором Питером Казанским из Университета Саутгемптона и его сыном Ильёй Казанским. Компания зарегистрирована в штате Делавэр (США), исследовательские центры расположены в Великобритании и Швейцарии. Технология выросла из более чем двух десятилетий академических исследований в Центре оптоэлектроники университета.
Питер Казанский начал работу над записью данных в кварцевое стекло при помощи фемтосекундных лазеров ещё в 1990-х годах. Первая экспериментальная демонстрация 5D-записи состоялась в 2013 году, когда удалось сохранить текстовый файл объёмом 300 килобайт в стекле. В последующие годы команда записывала на стеклянные диски Всеобщую декларацию прав человека, Великую хартию вольностей, трилогию Айзека Азимова «Основание», а в 2024 году — полный геном человека.
Часть этих ранних разработок легла в основу совместного проекта с Microsoft под названием Project Silica. Сейчас SPhotonix развивается как независимая компания с собственной стратегией коммерциализации.
Что такое «5D» в названии технологии
Термин «5D» описывает способ кодирования информации в стекле. Классическая запись на бумаге или магнитной ленте использует только два измерения — ширину и высоту поверхности. Оптические диски добавляют возможность многослойной записи, но остаются принципиально поверхностными носителями.
5D Memory Crystal работает иначе. Данные записываются внутри объёма стекла в виде микроскопических структур, называемых вокселями — трёхмерными пикселями. Воксель имеет координаты в трёх пространственных измерениях: X, Y и Z. Но помимо расположения, каждый воксель обладает двумя дополнительными оптическими характеристиками: ориентацией двулучепреломления и интенсивностью преломления света.
Двулучепреломление — это свойство материала расщеплять луч света на два компонента в зависимости от его поляризации. Изменяя ориентацию и силу этого эффекта в каждом вокселе, система кодирует дополнительные биты информации. Таким образом, каждая точка внутри стекла несёт в себе пять независимых параметров данных, отсюда и название «5D».
Как происходит запись данных
Запись выполняется при помощи фемтосекундного лазера — источника света, излучающего импульсы длительностью в квадриллионные доли секунды. Такой лазер фокусируется на конкретной точке внутри пластины плавленого кварцевого стекла и создаёт там наноразмерные пустоты, или нанопоры.
Энергия лазерного импульса вызывает локальное изменение структуры стекла без повреждения окружающего материала. Образующиеся вокселы имеют наноразмерный масштаб (десятки нанометров) и организованы в упорядоченные решётки.
Ориентация этих решёток и их плотность меняют оптические свойства стекла в данной точке. Данные считываются оптически. Пучок поляризованного света проходит через стекло, и анализируется, как изменяется его поляризация после прохождения через каждый воксель. По характеру изменений система восстанавливает записанную информацию.
Процесс полностью бесконтактный. Стекло не изнашивается при чтении, и для хранения данных не требуется никакого электропитания. После записи информация становится частью физической структуры материала.
Почему выбран кварц
Кварцевое стекло, или плавленый кварц — это аморфный диоксид кремния с исключительной химической и термической стабильностью. Это тот же материал, который используется в оптоволоконных кабелях, высокоточной оптике и лабораторной посуде для работы при высоких температурах.
Кварц выдерживает нагрев до 1000°C без разрушения структуры. Он устойчив к воздействию воды, кислот, радиации и электромагнитных полей. В отличие от полимеров или металлических сплавов, стекло не окисляется, не подвержено коррозии и не деградирует под воздействием ультрафиолета.
Заявленный срок хранения данных в 5D Memory Crystal — 13,8 миллиарда лет при температуре 190°C. Это результат расчётной экстраполяции на основе ускоренных испытаний. Образцы нагревались до экстремальных температур, измерялась скорость деградации вокселей, и эти данные проецировались на длительные периоды при комнатной температуре с использованием общепринятых моделей старения материалов.
Разумеется, проверить такой срок хранения экспериментально невозможно. Однако физические свойства кварца хорошо изучены, и стабильность его кристаллической решётки действительно измеряется геологическими масштабами времени.
360 терабайт: теория и практика
Число 360 ТБ на диске диаметром 12,7 см (5 дюймов) — это теоретический предел плотности записи, рассчитанный исходя из возможного количества вокселей в объёме стекла и информационной ёмкости каждого вокселя.
Текущие прототипы SPhotonix работают с дисками меньшего размера (2,5 см в диаметре) и демонстрируют гораздо меньшие ёмкости. Переход к промышленным носителям на 360 ТБ требует доработки оборудования для записи, повышения точности позиционирования лазера и оптимизации алгоритмов кодирования.
Для сравнения: современный жёсткий диск на 20 ТБ имеет толщину около 2,6 см. Архивная лента LTO-9 вмещает до 18 ТБ в кассете размером с книгу в твёрдом переплёте. Плотность записи 360 ТБ на тонкой стеклянной пластине значительно превосходит магнитные носители, но для достижения этого показателя необходимы дальнейшие инженерные усилия.
Скорость записи и чтения: реальность и планы
Прототипы 5D Memory Crystal, продемонстрированные в 2024–2025 годах, обеспечивают скорость записи около 4 МБ/с и скорость чтения около 30 МБ/с. Это на порядки медленнее современных SSD и даже медленнее архивных лент LTO-9, которые работают на скоростях 300–400 МБ/с.
Такие низкие скорости объясняются принципом работы фемтосекундного лазера. Запись каждого вокселя требует точного позиционирования, фокусировки и импульса. Процесс идёт последовательно, воксель за вокселем.
Увеличение скорости требует повышения частоты лазерных импульсов и разработки систем высокоточного перемещения стеклянной пластины. SPhotonix заявляет, что в течение трёх-четырёх лет компания планирует довести скорость чтения и записи до 500 МБ/с, что сделает технологию конкурентоспособной с архивными лентами. Однако пока эти скорости не продемонстрированы в реальных условиях.
Почему скорость — не главный параметр
Для архивного хранения низкая скорость доступа не является критичной. Если данные извлекаются раз в год или реже, время доступа в 10–30 секунд вполне приемлемо.
Проблема возникает при необходимости массовой записи данных: заполнение одного диска на 360 ТБ при текущей скорости 4 МБ/с заняло бы около трёх лет непрерывной записи.
Один из подходов к решению этой проблемы — параллельная запись на множество дисков одновременно. Если развернуть массив из 100 устройств записи, суммарная скорость вырастет до 400 МБ/с, что уже сопоставимо с лентами. Однако это усложняет и удорожает инфраструктуру.
Оборудование для записи и чтения
Для работы с 5D Memory Crystal требуются специализированные устройства. Это не обычные оптические приводы — речь идёт о высокоточном лазерном и оптическом оборудовании.
Устройство записи оценивается в $30 000, устройство чтения — в $6000. Это предварительные цифры для ранних прототипов. При массовом производстве цены могут снизиться, но стеклянные диски в любом случае останутся специализированным решением класса enterprise.
SPhotonix не планирует самостоятельно производить оборудование и носители. Стратегия компании — лицензирование технологии партнёрам, которые затем интегрируют 5D-запись в существующие системы хранения данных. Такой подход близок к модели Arm Holdings, которая разрабатывает архитектуры процессоров, но передаёт производство другим компаниям.
Первые мобильные устройства чтения, которые можно использовать вне лаборатории, ожидаются через полтора года. Запись данных будет выполняться в дата-центрах или специализированных сервисных центрах.
Для конечных пользователей SPhotonix уже запустил услугу записи данных на заказ. Клиент отправляет файлы почтой, компания записывает их на стеклянный диск и возвращает носитель обратно. Это скорее символическая услуга для ранних энтузиастов, чем массовый продукт.
Реальные сценарии применения
5D Memory Crystal ориентирован на задачи долгосрочного архивного хранения, где данные записываются однократно и считываются редко.
- · Архивы дата-центров
Гиперскейлеры вроде Google, Amazon, Microsoft хранят петабайты логов, резервных копий, юридических документов и исторических данных. Эта информация требуется для соответствия регуляторным требованиям, но доступ к ней происходит нечасто. Замена магнитных лент на стеклянные диски позволяет сократить энергопотребление и исключить необходимость периодической перезаписи данных на новые носители.
- · Научные данные
Результаты геномных исследований, данные телескопов, климатические модели, сейсмические записи. Эти массивы информации могут понадобиться через десятилетия, и их потеря невосполнима. Стеклянные носители обеспечивают гарантию сохранности без риска деградации.
- · Медицинские архивы
Снимки МРТ, записи ЭКГ, история болезни пациентов. Законодательство многих стран требует хранить медицинские данные минимум 30 лет. Стекло избавляет от необходимости поддерживать устаревшее оборудование и мигрировать данные каждое десятилетие.
- · Государственные и культурные хранилища
Национальные архивы, библиотеки, музеи. Оцифрованные исторические документы, произведения искусства, аудиовизуальные записи. Эти данные представляют культурную ценность и должны сохраниться для будущих поколений.
Технология не подходит для операционных систем, баз данных с частыми обновлениями, игровых библиотек или личных фотоархивов среднестатистического пользователя. Это решение для организаций, которым критически важна долговечность хранения при минимальных эксплуатационных расходах.
Энергопотребление и экологический аспект
Одно из ключевых преимуществ стеклянных носителей — отсутствие потребности в электропитании для хранения данных. Жёсткие диски и ленты требуют контролируемых условий хранения: стабильной температуры, низкой влажности, защиты от вибрации.
Дата-центры тратят значительную часть энергии на охлаждение и кондиционирование. Стеклянный диск можно хранить при комнатной температуре без специальных условий. Данные не деградируют, даже если носитель лежит на полке без питания десятилетиями. Это снижает общий углеродный след системы хранения.
Углеродный след индустрии дата-центров уже превышает показатели авиационной отрасли. С ростом объёмов данных и развитием искусственного интеллекта энергопотребление будет только расти. Переход хотя бы части архивных данных на стеклянные носители может снизить нагрузку на энергосети и уменьшить выбросы CO₂.
Однако производство самих стеклянных дисков и оборудования для записи тоже требует энергии и ресурсов. Полная оценка экологического эффекта возможна только при анализе полного жизненного цикла технологии, включая добычу сырья, производство, эксплуатацию и утилизацию.
Конкуренты и альтернативы
SPhotonix не единственная компания, работающая над долговременным оптическим хранением данных:
- Microsoft Project Silica развивает схожую технологию записи данных в кварцевое стекло. Проект вырос из тех же исследований в Университете Саутгемптона, и SPhotonix сотрудничала с Microsoft более двух лет. Однако проект Microsoft ориентирован на создание собственной инфраструктуры хранения, тогда как SPhotonix делает ставку на лицензирование технологии;
- Cerabyte использует керамические покрытия на стеклянных пластинах. Данные записываются лазером на тонкий керамический слой толщиной около 10 нанометров, а не в объём стекла. Плотность записи ниже, чем у 5D Memory Crystal, но Cerabyte уже разработала картриджи размером с кассету LTO, в которые помещается до 180 пластин. Компания дальше продвинулась в создании автоматизированных библиотечных систем;
- Другие стартапы вроде HoloMem, Optera и Ewigbyte также заявляют о разработке оптических носителей для архивного хранения, но находятся на более ранних стадиях готовности;
- M-DISC — потребительский формат оптических дисков с заявленным сроком хранения до 1000 лет. В отличие от 5D Memory Crystal, это поверхностная технология с гораздо меньшей ёмкостью (до 100 ГБ), но доступная уже сейчас для домашнего использования.
Принципиальное отличие SPhotonix от конкурентов — высочайшая плотность записи и стратегия интеграции в существующие дата-центры через лицензирование, а не через создание собственных хранилищ.
Текущий статус технологии
По шкале технологической готовности (Technology Readiness Level, TRL) SPhotonix находится на уровне TRL 5–6. Это означает, что технология прошла лабораторную проверку и переходит к испытаниям в реальных условиях эксплуатации.
Компания привлекла $4,5 млн инвестиций и планирует в течение двух лет запустить пилотные проекты в дата-центрах крупных заказчиков. Представители SPhotonix сообщают о переговорах с гиперскейлерами, но названия компаний не раскрываются.
Для полноценного выхода на рынок потребуется ещё три-четыре года исследований и разработок. Основные задачи — увеличение скорости записи и чтения до заявленных 500 МБ/с, стандартизация формата носителей и оборудования, создание экономически жизнеспособной модели производства.
В 2025 году технология получила неожиданную рекламу: стеклянный диск от SPhotonix появился в голливудском фильме «Миссия невыполнима: Расплата». Это скорее имиджевый момент, чем технический прорыв, но он привлёк внимание широкой аудитории к концепции долговременного хранения данных.
Ограничения и риски
Несмотря на впечатляющие заявления, технология имеет ряд серьёзных ограничений.
- Скорость доступа
Даже при достижении заявленных 500 МБ/с, стеклянные диски останутся медленными по сравнению с SSD и даже HDD. Это делает их непригодными для задач, требующих частого и быстрого доступа к данным.
- Зависимость от оборудования
Для чтения стеклянного диска нужно специализированное устройство. Если через 50 лет производство таких устройств прекратится, носитель станет бесполезным, несмотря на сохранность данных. Проблема долгосрочной читаемости существует для всех форматов хранения, но для новой технологии она стоит особенно остро.
- Отсутствие стандартизации
Пока не существует единого стандарта для стеклянных носителей. Разные компании разрабатывают несовместимые форматы. Это создаёт риск фрагментации рынка и усложняет переход между поставщиками.
- Высокая стоимость на старте
Оборудование для записи и чтения пока обходится дорого. Экономическая целесообразность 5D-памяти проявляется только при долгосрочной эксплуатации с учётом экономии на энергопотреблении и миграции данных. Для краткосрочных проектов традиционные носители остаются выгоднее.
- Технологическая неопределённость
Переход от лабораторных прототипов к массовому производству часто сопровождается непредвиденными инженерными трудностями. Достижение заявленных характеристик не гарантировано.
Эти ограничения не делают технологию бесполезной, но определяют её нишу: долгосрочное архивное хранение данных, где критична долговечность, а скорость доступа вторична.
5D Memory Crystal от SPhotonix — это специализированное решение для задач, которые не может эффективно решить ни одна из существующих технологий. Стеклянные носители не заменят SSD на персональных компьютерах, не вытеснят жёсткие диски из серверов и не станут основой для операционных систем. Это инструмент для сохранения информации на десятилетия и столетия без необходимости постоянного энергопитания и регулярной миграции на новые носители.
Технология находится на пороге перехода от лабораторных экспериментов к реальным промышленным внедрениям. Успех будет зависеть от способности компании довести производительность до конкурентоспособного уровня, снизить стоимость оборудования и убедить крупных заказчиков в надёжности решения.
Появление таких технологий важно не столько для текущего момента, сколько для будущего. Объёмы данных растут экспоненциально, энергопотребление дата-центров становится глобальной проблемой, а традиционные носители достигают пределов плотности записи. Стеклянная память может стать одним из элементов новой архитектуры хранения данных, где горячие данные находятся на быстрых SSD, тёплые — на жёстких дисках, а холодные — на стекле.
Время покажет, станет ли 5D Memory Crystal массовым решением или останется нишевым продуктом для особо критичных архивов. Но сам факт существования технологии, способной сохранить информацию на геологические сроки, заставляет по-новому взглянуть на саму архитектуру хранения данных и границы, к которым подошли традиционные технологии.