Как хранить 500 терабайт данных на маленьком, но прочном стеклянном диске

Экспериментальная техника, включающая лазерное травление на стекле, может хранить огромное количество информации в течение очень долгого времени.

Отредактировано 2023-25-06
Каков наилучший способ хранения мировой информацииКаков наилучший способ хранения мировой информации?

Питер Казанский работает над так называемым пятимерным, или 5D, хранением данных с 2014 года, и в октябре он и его партнеры по исследованиям объявили, что им удалось его разгадать: новый способ хранения больших объемов данных на диске размером с CD, используя формат, который можно варить, запекать, заливать или размагничивать без деградации.

В 2014 году Казанский был частью команды, которая получила рекорд Гиннесса за создание самого долговечного носителя информации. Это творение - стеклянный диск со сроком службы 13,8 миллиарда лет и емкостью 360 терабайт - было создано для того, чтобы наши данные могли передаваться поколениям после нас.

"Это была первая демонстрация", - говорит Казанский, профессор Исследовательского центра оптоэлектроники при Саутгемптонском университете. "Теперь мы переходим к практическому применению".

Последняя итерация его работы - диск емкостью 500 терабайт. Для сравнения, в 2012 году в Библиотеке Конгресса хранилось более 3 000 терабайт данных. Таким образом, на этом диске может быть размещено 16 процентов фондов Библиотеки Конгресса. Это означает, что всего несколько таких дисков могут обеспечить сохранность всего фонда Библиотеки.

Почему это важно?

Как отмечает Ави Грингарт, президент и ведущий аналитик исследовательской компании Techsponential, в настоящее время мир переживает взрывной рост объема данных. "Это означает, что отрасли требуется больше механизмов хранения данных чрезвычайно высокой емкости с быстрым временем чтения и записи и повышенной долговечностью", - говорит он.

То, что мы сейчас используем для хранения данных, не способно на такую долговечность. Это магнитная лента - например, старая кассета VHS или кассетная лента - и жесткие диски, которые являются обычными носителями информации в таких местах, как музеи и архивы. Но эти жесткие диски и кассеты могут служить только очень долго. Открытие Казанского может стать долгосрочным решением того, что в конечном итоге может стать одной из самых больших проблем цивилизации.

"Информация, хранящаяся на компакт-дисках или DVD, может сохраняться в течение 10 лет", - говорит Казанский. (На магнитной ленте она может храниться 15 лет, а на жестких дисках - пять лет. Но с помощью нового метода сверхбыстрой лазерной записи мы можем архивировать вещи бесконечно долго". Кроме того, файлы, сохраненные на дискетах, или музыка, сохраненная на кассетах, могут со временем стать недоступными, поскольку инструменты, используемые для чтения этих носителей, становятся антиквариатом и полностью выходят из употребления.

Из-за опасений, что данные со временем деградируют, их приходится переносить в цифровые форматы каждые несколько лет. Это дорогостоящий и трудоемкий процесс, который хорошо знаком Казанскому, поскольку он и его команда потратили годы на работу с Библиотекой Конгресса для решения этой проблемы.

"Если нам это удастся, то не будет необходимости в миграции данных", - говорит он. "Это решит эту проблему".

Фактически, мы можем жить в эпоху, которую некоторые называют "цифровой темной эпохой". Это идея о том, что мы не оставляем достаточно долговечных записей о своей жизни для будущих поколений, потому что форматы файлов, программное и аппаратное обеспечение, которые мы используем для сохранения данных, не рассчитаны на длительную работу.

"Возможно, мы знаем о древних поколениях с их каменными гравюрами больше, чем будущие поколения будут знать о нас, - говорит Казанский, - потому что все наши архивы хранятся в цифровом виде, в местах, где они наверняка разрушатся".

Пещерные рисунки, высеченные в камне, гораздо долговечнее магнитных лент или жестких дисков. Это большая проблема. Казанский потратил годы на поиск решения этой проблемы.

Эта техника предполагает использование лазера Техника заключается в использовании лазера "как зубила" на стекле. ЮХАО ЛЕЙ И ПИТЕР Г. КАЗАНСКИЙ, УНИВЕРСИТЕТ САУТГЕМПТОНА

Как работает метод Казанского?

Древние люди использовали камень и молотки для высечения картин в пещерах, физически изменяя свойства материалов с помощью инструментов. Проект Казанского следует аналогичным принципам.

"С помощью лазерных лучей, которые мы используем, мы также режем", - говорит он. "Мы также физически используем лазерный луч как зубило". Используя этот лазерный луч, Казанский создает небольшие полости в стекле, создавая высокостабильный материал, способный выдерживать температуру в 2 000 градусов.

Жесткие диски и магнитная лента, которые в настоящее время используются для резервного копирования цифровых данных, не хранят информацию с помощью физических изменений. Информация хранится в виде изменения магнитных свойств, и нагрев этих форм хранения до 2 000 градусов легко разрушит их.

Традиционные жесткие диски хранят данные на вращающихся пластинах магнитного носителя и могут прослужить от трех до пяти лет (хотя, конечно, в реальных условиях все зависит от условий эксплуатации), но твердотельные диски более надежны, они хранят память на микрочипах и служат примерно вдвое дольше. В отличие от жестких дисков, твердотельные накопители не имеют движущихся частей и лучше переносят падения.

Но в методе Казанского используются специальные лазеры, которые производят очень интенсивные импульсы, создавая сильное электрическое поле, которое производит пробой, подобный молнии. Поскольку импульсы очень короткие, эта молния может быть очень точной, производя микровзрывы, создающие небольшие полости в стекле, которым можно придать точную форму и сделать их долговечными.

Каковы его ограничения?

Основным ограничением является скорость, с которой лазеры могут вытравить терабайты данных. За последние несколько лет ученые уже значительно повысили скорость этого процесса, но наша нынешняя скорость составляет около одного мегабайта в секунду, то есть запись 500 терабайт данных может занять десятки лет.

Выяснить, как ускорить этот процесс, - следующая задача Казанского. А пока есть одна отрасль, которой он может помочь прямо сейчас, используя то, что он уже создал: Голливуд.

В киноиндустрии хранится более 100 лет старых киноархивов, и все эти архивы приходится переносить каждые три-пять лет, чтобы избежать возможной деградации данных. Но в 2019 году в партнерстве с Microsoft и Warner Brothers Казанский создал крошечный кусочек стекла, в котором хранится фильм "Супермен" 1978 года.

Это было благом для киноиндустрии, которая всегда находится в поиске новых способов сохранения своих архивных активов, и это была победа архивистов, которые годами предупреждали общественность об опасностях темного века цифровых технологий.

Но Казанский смотрит дальше Голливуда. "Сейчас мы можем считывать один гигабайт в час, то есть за несколько часов мы можем записать ДНК человека", - говорит он. "И если через 10 000 лет они найдут наши кристаллы с ДНК, возможно, им удастся восстановить человека".

И хотя сейчас большая часть работы Казанского остается в лаборатории Саутгемптонского университета, один из его кристаллов находится на борту тяжелой ракеты Falcon Heavy. Это творение, известное как Солнечная библиотека, содержит всю научно-фантастическую трилогию Айзека Азимова "Основание".

"Все это немного футуристично", - признает Казанский. "Но такая возможность есть".