Ostatnio,Badania Microsoftuogłosił bardzo interesujący „projekt krzemionkowy”. Projekt koncentruje się na opracowaniu przyjaznego dla środowiska sposobu przechowywania dużych ilości danych na szklanych płytach przy użyciu ultraszybkich laserów, co umożliwi przechowywanie „kopii” muzyki, filmów i innych materiałów w szkle.
Jeszcze bardziej zdumiewające jest to, że po pomyślnym zapisaniu danych dane wewnątrz szkła krzemowego pozostaną niezmienione przez tysiące do dziesiątek tysięcy lat i będą w stanie wytrzymać impulsy elektromagnetyczne i ekstremalne temperatury.
Mówiąc najprościej, Microsoft wyprodukował 3-calowe, kwadratowe „dyski twarde” ze szkła kwarcowego, z których każdy może przechowywać 100 GB danych i około 20000 utworów.
Projekt stanowi partnerstwo pomiędzy firmą Microsoft a grupą kapitału wysokiego ryzyka Elire, przy czym obie strony mają nadzieję znaleźć bardziej zrównoważoną formę przechwytywania danych, która sprawi, że dane w szkle będą „niezniszczalne”.
Proces przechowywania szkła obejmuje pisanie przy użyciu ultraszybkich laserów femtosekundowych, czytanie przez mikroskop kontrolowany komputerowo, dekodowanie i transkrypcję, a na koniec przechowywanie w „bibliotece”. Warto zauważyć, że ta „biblioteka” działa pasywnie i nie zużywa energii elektrycznej, co może znacząco zmniejszyć emisję dwutlenku węgla związaną z długotrwałym przechowywaniem danych.
Projekt Silica tworzy bardziej zrównoważoną formę przechwytywania danych, wykraczającą poza pamięć magnetyczną o ograniczonej żywotności, która cierpi z powodu częstego powielania, rosnącego zużycia energii i kosztów operacyjnych.
Ant Rowstron, inżynier projektu zajmujący się dwutlenkiem krzemu, powiedział: „Żywotność technologii magnetycznej jest ograniczona. Dysk twardy może być używany przez około 5-10 lat. Po zakończeniu cyklu życia należy go skopiować ponownie i zapisz to w mediach nowej generacji. „Szczerze mówiąc, jest to uciążliwe i niezrównoważone, biorąc pod uwagę całą energię i zasoby, których używamy”.
Ochrona przyszłości światowej muzyki poprzez szkło
Grupa kapitału wysokiego ryzyka skupiająca się na zrównoważonym rozwoju Elire stała się kolejną firmą, która nawiązała współpracę z zespołem Microsoft Research Project Silica, dołączając do takich firm jak CMR Surgical, która wykorzystuje szklane przechowywanie danych do przekształcania przyszłości chirurgii robotycznej.
Elire będzie korzystać z tej technologii w Global Music Vault na Svalbardzie w Norwegii, gdzie mały kawałek szkła może pomieścić kilka terabajtów danych, wystarczających do przechowywania około 1,75 miliona utworów lub muzyki z 13 lat. To ważny krok w kierunku zrównoważonego przechowywania danych.
Microsoft zwrócił uwagę, że choć magazynowanie szkła nie jest jeszcze gotowe do promocji na dużą skalę, to ze względu na swoją trwałość i opłacalność jest postrzegane jako obiecujące rozwiązanie w zakresie zrównoważonej komercjalizacji, a bieżące koszty utrzymania będą „minimalne”. Po prostu przechowuj te szklane pojemniki na dane w bibliotece, która nie wymaga prądu. W razie potrzeby robot wspina się na półkę, aby ją pobrać do kolejnych operacji importu.
Jaki jest potencjał optycznego przechowywania danych?
W zależności od metody przechowywania, metodą przechowywania mogą być nośniki elektromagnetyczne, nośniki optyczne lub inne nośniki. Tradycyjne optyczne systemy przechowywania wykorzystują dyski takie jak Blu-ray, które zawierają warstwę materiału odblaskowego. Napędy optyczne wykorzystują lasery do tworzenia nieodblaskowych wżerów w sąsiednich powłokach, które są wykrywane przez laser odczytujący wżery. Po wykryciu wzoru wżerów i niespalonych obszarów odblaskowych zapisane dane można zakodować.
Jednakże w kontekście wykładniczego wzrostu ilości danych w Internecie, mediach społecznościowych i zastosowaniach w chmurze obliczeniowej zapotrzebowanie na optyczne przechowywanie danych o bardzo dużej gęstości gwałtownie wzrosło – przechowywanie danych wymaga pilnego przezwyciężenia wąskich gardeł tradycyjnych magnetycznych dysków twardych lub taśmy i dyski półprzewodnikowe (SSD). oraz nowe rozwiązania w zakresie długoterminowego przechowywania danych.
Powszechnie uważa się, że technologia optyczna jest kluczem do poprawy pojemności przechowywania ogromnych ilości danych. Wspomniana koncepcja wykorzystania szkła do przechowywania danych sięga XIX wieku. Po starannych ulepszeniach i ulepszeniach technologicznych wiele przeszkód zostało pokonanych jedna po drugiej.
Ponadto, w porównaniu z obecną technologią dysków optycznych, jedną z bardziej znaczących zalet optycznego przechowywania danych jest to, że umożliwia ona wielowymiarowe przechowywanie danych.
Jak sama nazwa wskazuje, wielowymiarowe przechowywanie danych polega głównie na zapisywaniu i odczytywaniu informacji w strukturach o więcej niż trzech wymiarach (takich jak wielowarstwowe dyski optyczne, karty, kryształy czy kostki). Zapisywanie i odczytywanie informacji zwykle osiąga się poprzez skupienie jednej lub większej liczby wiązek laserowych w trójwymiarowym ośrodku. Ze względu na wolumetryczny charakter nośnika danych, przed zapisaniem lub odczytaniem wymaganych punktów odniesienia, laser musi przejść przez dodatkowe punkty. Oznacza to, że zarówno funkcje zapisu, jak i odczytu często muszą być nieliniowe, aby w danym momencie przetwarzany był tylko jeden punkt lokalny.
Dziś sprawdzona została technologia optycznego przechowywania danych 5D – dyski optyczne korzystające z tej technologii mogą pomieścić aż 360Tb danych i można je przechowywać przez miliardy lat. W 1996 r. naukowcy po raz pierwszy zaproponowali i zademonstrowali zastosowanie laserów femtosekundowych do rejestrowania i przechowywania danych. Technologia ta została po raz pierwszy zademonstrowana w 2010 roku w laboratorium Kazuyuki Hirao na Uniwersytecie w Kioto, a następnie rozwijana przez grupę badawczą Petera Kazansky'ego w Centrum Badań Optoelektroniki Uniwersytetu w Southampton. Ponadto Hitachi i Microsoft również badały technologię optycznego przechowywania danych opartą na szkle, a projekt tego ostatniego nosi nazwę „Project Silica”. Do głównych graczy na rynku pamięci optycznych na całym świecie należą Sony, Western Digital, Samsung Electronics, IBM, Toshiba i Fujitsu.
Optyczne przechowywanie danych 5D opiera się przede wszystkim na eksperymentalnym szkle nanostrukturalnym, które przechowuje informacje nie tylko poprzez kodowanie danych w przestrzeni trójwymiarowej, ale także poprzez dwa parametry związane z dwójłomnością, które są określane poprzez skupienie się na szkle. Polaryzacja i kontrola intensywności lasera femtosekundowego w ośrodku. Rozmiar, orientacja i trójwymiarowe położenie nanostruktury stanowią pięć wspomnianych powyżej wymiarów.
Jednakże, aby poprawić perspektywy komercyjnego zastosowania tej technologii, należy również poprawić prędkość odczytu danych. Dodatkowo jego zastosowanie może być ograniczone ze względu na wymagany układ laserowy dużej mocy oraz brak możliwości ponownego zapisu danych.
Optyczne przechowywanie danych można również zastosować w technologii kodowania wielopoziomowego, która może znacznie zwiększyć pojemność pamięci poprzez zapisanie wielu bitów na punkt przy użyciu różnych poziomów mocy sygnału dyskretnego. Wielopoziomowe przechowywanie danych umożliwia również odczyt wielu bitów jednocześnie, zwiększając w ten sposób szybkość odczytu danych, co jest bardzo ważne w przypadku dużych zbiorów danych.
Dzięki powstającej technologii opracowanej przez Uniwersytety Australii Południowej i Uniwersytetu Nowej Południowej Walii badacze mogą wykorzystywać unikalne właściwości nieorganicznych luminoforów do przechowywania danych. Podejście to może umożliwiać wielokrotny zapis i wykorzystywać lasery o małej mocy. Ponadto technologia ta nie wymaga temperatur kriogenicznych i zamiast tego może wypalać dziury widmowe w temperaturze pokojowej, co czyni ją bardziej praktyczną.
