Исследователи используют мини-взрывы плазмы, чтобы закодировать информацию, эквивалентную двум миллионам книг, в устройстве размером с подставку для напитков. Этот метод позволит хранить исследовательские данные тысячелетиями с минимальными затратами на хранение.
Исследователи из Microsoft создали систему хранения данных, которая может сохранять их читаемость в течение как минимум 10 000 лет, а возможно, и гораздо дольше.
В эпоху цифровых технологий потребность в хранении данных стремительно растет. Но современные магнитные ленты и жесткие диски плохо подходят для долгосрочного хранения данных, поскольку их качество ухудшается примерно через десять лет. Эта «впечатляющая» альтернатива на основе стекла «в принципе может служить практически вечным архивом для резервного копирования критически важных данных», — говорит Марк Бате, инженер-биолог из Массачусетского технологического института в Кембридже.
Команда Microsoft использовала высокоэнергетический лазер, чтобы нанести деформационные метки на трехмерный кусок боросиликатного стекла, из которого делают посуду для духовки. Каждая деформация кодирует данные, которые можно считать с помощью микроскопа.
В квадрате стекла шириной 12 сантиметров и толщиной 2 миллиметра можно хранить 4,8 терабайта данных, что эквивалентно примерно 2 миллионам печатных книг.
Запись и считывание данных — гораздо более сложный процесс, чем открытие файла на жестком диске, но при этом информация гораздо надежнее защищена. По словам Ричарда Блэка, специалиста по информатике, возглавлявшего проект Project Silica в исследовательском подразделении Microsoft в Кембридже, Великобритания, тесты показали, что данные могут храниться до 10 000 лет при температуре 290 ºC и потенциально в десятки или сотни раз дольше при комнатной температуре.
Несмотря на то, что для записи и считывания данных при использовании стеклянного метода требуется специальное оборудование, статья демонстрирует, что хранение данных в стекле перестало быть экспериментом с материалами и превратилось в «развертываемую архивную систему», как считает Лонг Цянь, специалист по вычислительной синтетической биологии из Пекинского университета.
“Продемонстрировав целостную систему ... они показали, как эта технология может произвести настоящую революцию в индустрии центров обработки данных”, - говорит Питер Казански, исследователь в области оптоэлектроники из Университета Саутгемптона, Великобритания, и предыдущий сотрудник Microsoft по хранению данных glass.
Наноразмерные плазменные взрывы
И магнитные ленты, и жесткие диски кодируют данные с помощью электромагнита, который намагничивает крошечные участки металлической пленки в разных направлениях, чтобы обозначить единицы и нули. Но эти крошечные магниты могут легко потерять намагниченность, говорит Блэк, а это значит, что для долгосрочного хранения данных их нужно регулярно копировать и перезаписывать. «Преимущество стекла в том, что после записи данные остаются неизменными. На этом все», — говорит он. Устройство хранения данных не требует контроля температуры или обслуживания.
Казанский и его коллеги разработали физическую основу технологии лазерной записи и до сих пор являются обладателями мирового рекорда Гиннесса как создатели самого долговечного цифрового носителя информации на основе стекла с использованием плавленого кварца. В 2017 году Microsoft начала развивать их наработки. Хотя подход Казанского позволяет максимально увеличить долговечность и плотность данных, в своей последней работе Microsoft сделала упор на практичность. По словам Блэка, они изучают метод, который позволяет записывать данные быстрее и надежнее декодировать их по сравнению с предыдущими версиями Project Silica. При этом используется более дешевое боросиликатное стекло, а не более сложное в производстве плавленое стекло.
Для кодирования информации команда использовала лазер, который испускал интенсивные импульсы длительностью в несколько квадриллионов долей секунды, воздействуя на стекло в определенных точках с определенным количеством энергии. По словам Блэка, в каждой точке происходит «нановзрыв, вызванный плазмой», который деформирует стекло и меняет характер прохождения через него света. Исследователи записывают данные с помощью этих крошечных деформаций, а затем считывают их с помощью микроскопа, который улавливает изменения в поведении света при прохождении через каждую точку.
По словам Блэка, команда может расшифровать данные из 300 слоев, расположенных друг над другом, с помощью алгоритма машинного обучения, который помогает устранить помехи, вызванные деформациями в соседних слоях.
Исследователи экстраполировали результаты экспериментов по изучению старения, которые показали, насколько хорошо сохраняются данные с течением времени и при различных температурах, чтобы определить долговечность метода хранения.
Однако в расчетах не учитываются другие возможные причины разрушения, такие как химическая коррозия или физическое разрушение стекла. Кроме того, стеклянную систему нельзя перезаписать, и она не подходит для хранения данных, к которым будет осуществляться регулярный доступ, добавляет Цянь, чьи исследования включают использование ДНК для кодирования данных. Исследователи также изучают ДНК как альтернативу стандартным формам хранения данных с экстремально высокой плотностью, но, по ее словам, из-за того, что для считывания и записи информации требуются биохимические механизмы, процесс идет медленно.
Из-за высокой стоимости считывания и записи данных на стеклянные носители их вряд ли будут использовать для хранения повседневной информации. Однако этот носитель идеально подходит для долгосрочных архивов, в которых данные должны храниться десятилетиями или даже веками, например научные данные, записи о культурном наследии или архивы, связанные со стихийными бедствиями, говорит Цянь. Например, компания Microsoft совместно со студентами работает над созданием стеклянной пластины, на которой будет храниться ключевая информация о жизни на Земле. Вдохновением послужила «Золотая пластинка» НАСА — грампластинки, которые были помещены на борт космических аппаратов «Вояджер», запущенных в 1977 году.
По словам Блэка, поскольку хранение таких данных после их записи не требует больших затрат, этот метод может быть полезен для ведения учета результатов исследований, на которые после окончания гранта часто не хватает бюджета.
По его словам, решение о том, как Microsoft будет развивать проект, еще не принято и будет зависеть от бизнес-приоритетов.