Microsoft сообщила о важном прорыве, достигнутом в рамках проекта Project Silica, нацеленного на объёмную запись данных в стеклянных пластинах с применением фемтосекундных лазеров для длительного хранения информации. Специалисты компании работают над реализацией этой концепции с 2019 года.
Согласно опубликованной в журнале Nature статье, новая технология позволяет применять для записи данных вместо дорогостоящего кварцевого стекла обычное боросиликатное. Это стекло используется для изготовления кухонной посуды и в дверцах духовок. В ходе испытаний специалистам Microsoft удалось записать 258 слоев данных общим объёмом примерно 2,02 Тбайт на пластину из боросиликатного стекла площадью 120 мм2 толщиной 2 мм со скоростью 18,4–65,9 Мбит/с, в зависимости от количества используемых лазерных лучей.
Максимальная скорость значительно выше, чем 25,6 Мбит/с, достигнутые с использованием кварцевого стекла, но при этом плотность записи значительно меньше — 2,02 Тбайт против 4,84 Тбайт на пластину. Также учёным удалось сократить количество камер, необходимых для считывания данных с пластин, с трёх–четырёх до всего одной. Кроме того, записывающие устройства требуют меньшего количества деталей, что упрощает их изготовление и калибровку, а также позволяет быстрее кодировать данные.
Скорость записи 65,9 Мбит/с была достигнута при использовании четырёх лазерных лучей. Сообщается, что возможна запись с использованием 16 лучей (и даже более), что подразумевает скорость от 263,6 Мбит/с. Это составляет 33 Мбайт/с, что значительно медленнее, чем предельная скорость записи несжатых данных на ленту LTO-10, равная 400 Мбайт/с (1000 Мбайт/с в сжатом виде), отметил Blocks & Files.
Менеджер по работе с партнёрами Ричард Блэк (Richard Black) рассказал в блоге о том, что компания совершила ряд ключевых научных открытий. В частности, для используемого ранее типа хранения данных в кварцевом стекле с применением двулучепреломляющих (т.е. поляризационных) вокселей был разработан метод, позволяющий уменьшить количество импульсов, используемых для формирования вокселя, с многих до всего двух.
Также специалисты изобрели новый тип хранения данных в стекле, называемый фазовыми вокселями, при котором модифицируется фаза, а не поляризация. При этом для создания фазового вокселя достаточно всего одного импульса. И хотя фазовые воксели показали большую склонность к межсимвольной интерференции, это можно эффективно компенсировать с помощью моделей классификации на основе машинного обучения.
«Ключевым системным решением для будущей системы Silica является выбор между двулучепреломляющими и фазовыми вокселями… Эффективное формирование двулучепреломляющих вокселей может быть достигнуто только в высокочистых кварцевых стеклах, тогда как фазовые воксели могут быть записаны потенциально в любой прочной прозрачной среде, например, в боросиликатном стекле», — сообщила компания.
Помимо сокращения количества лазерных импульсов, необходимых для записи данных на пластины, Microsoft также удалось увеличить количество параллельно записываемых вокселей, объединив математическую модель предварительного и последующего нагрева внутри стекла с многолучевой системой доставки, что значительно повысило скорость передачи данных. Специалисты также создали новый неразрушающий оптический метод для определения старения вокселей. Microsoft провела ускоренный тест на старение, чтобы экстраполировать срок службы носителя. В случае использования боросиликатного стекла он составляет порядка 10 тыс. лет.
«Мы демонстрируем, что Silica — это жизнеспособная система хранения данных, полностью восстанавливая пользовательские данные с помощью FEC (прямой коррекции ошибок), и показываем с помощью экспериментов по ускоренному старению, что наши модификации сохраняют свои свойства более 10 000 лет при комнатной температуре. Короче говоря, наши результаты показывают, что Silica может стать решением для архивного хранения данных в цифровую эпоху», — подытожила компания.
Вместе с тем заявления о подготовке к коммерциализации технологии не последовало. Блэк лишь сообщил в блоге: «Этап исследований завершён, и мы продолжаем учитывать опыт проекта Silica, изучая сохраняющуюся потребность в устойчивом, долгосрочном сохранении цифровой информации».