Архивные хранилища — сложная для науки тема. Нам нужны накопители с огромной плотностью данных, в идеале — совсем не потребляющие энергии. Microsoft Research, возможно, нашла ответ: медиумом нового века может стать стекло. Портал arstechinca.com рассказал о научной работе ученых из Microsoft и их детище — проекте Silica.
Мы привыкли думать о стекле как о хрупком, бьющемся предмете, но это не совсем правда. Стекло — лишь категория материала, а состоять он может из разных химикатов. Если правильно подобрать стартовое вещество, то вполне можно получить стекло, которое может выстоять против самых разных повреждений — от влаги до перепадов температуры и электромагнитных помех. Хотя с таким материалом по-прежнему пришлось бы обращаться осторожно, подобное стекло может предлагать стабильность, которая необходима для долгосрочного хранилища данных.
Что касается записи данных на стекло, то их можно попросту выгравировать. Нюанс лишь в том, что гравировка — как правило медленный процесс. Однако разработка фемтосекундных лазеров может значительно увеличить скорость записи и позволить наносить данные на очень маленькую площадь, что потенциально повышает плотность данных.
Для чтения записанных на стекло данных есть несколько опций. Лазеры уже показали эффективность в чтении данных на оптических дисках, пусть и медленно. Но любое другое устройство, способное зафиксировать маленькие черты на стекле, тоже может сработать.
То есть, на теоретическом уровне для стеклянных накопителей все было готово — вопрос в том, как совместить эти идеи на практике. Microsoft решила ответить на него дважды, и разница между двумя ответами в том, как индивидуальные единицы данных (воксели) записываются на стекло. Один тип вокселей, испытанных в эксперименте, построен на двупреломлении: их конфигурация зависит от формы овала, нанесенного на стекло лазером. Поскольку овалы можно поворачивать под разными углами, это позволяет нанести больше одного бита информации в каждом вокселе.
Другой подход подразумевает тонкую настройку энергии лазера, чтобы менять магнитуду эффектов отражения. А для чтения данных в Project Silica использовали особый микроскоп, который может различать рефрактивные индексы. После этого полученную информацию отдавали сложной нейронной сети: ИИ может хорошо справляться с этой задачей при достаточном объеме обучающих данных.
Наконец, последний шаг — шифрование. Project Silica проводит его, добавляя к необработанному цифровому потоку ту же поправку ошибок, что используется в 5G-сетях. Прилегающие друг к другу биты затем комбинируются, чтобы создавать символы. Так система генерирует поток символов — и они готовы к гравировке на стекле.
Пока что основным ограничением техники является скорость записи, поэтому Microsoft разработала платформу, способную обрабатывать один фрагмент стекла четырьмя лазерами одновременно, не генерируя слишком много тепла. Итого скорость записи составила 66 Мбит/с, хотя исследователи считают, что к платформе можно добавить еще до дюжины лазеров. От такого, наверное, никто не откажется, ведь на фрагменте стекла габаритами 12 х 12 х 0,2 см можно записать до 4,84 ТБ данных. На полную запись такого накопителя уйдут более 150 часов.
Неопределенность по поводу максимального объема стеклянного накопителя связана с тем, что плотность данных, которые можно записывать двумя разными методами, не точна. Первый вариант, двупреломление, требует больше оптической аппаратуры и работает лишь на стекле высокого качества, но может втиснуть на него больше вокселей. А второй метод выдает лишь два терабайта, но для него не нужна специализированная техника — хватит и более простых устройств, подходящих для работы с любым прозрачным материалом.
Боросиликатное стекло очень стабильно; эксперименты Microsoft по ускоренному старению материала показали, что оно держится в хорошем состоянии до 10 000 лет при комнатной температуре. На этом основании корпорация заявила, что Project Silica может стать новой архивной технологией цифрового века, но праздновать успех пока рано.
Для контекста, будущий телескоп Square Kilometer Away, по прикидкам инженеров, должен будет архивировать 700 петабайт данных ежегодно. Другими словами, на один только этот аппарат уйдут более 140 000 фрагментов стекла и свыше 600 машин Silica, работающих в параллели. А Square Kilometer Away — далеко не единственное электронное устройство, генерирующее гигантские объемы данных.
]]>
