Стеклянная вечность: Microsoft научилась хранить терабайты данных 10 000 лет на обычном стекле
Прорывные усовершенствования технологии хранения данных на стекле от Microsoft означают, что обычные стеклянные изделия, например те, что используются в кухонной посуде и дверцах духовок, могут хранить терабайты информации на протяжении 10 000 лет.
Технология, разрабатываемая под эгидой «Project Silica» с 2019 года, постоянно совершенствовалась, и сегодня (18 февраля) ученые изложили последние инновации в журнале Nature.
В новом исследовании команда продемонстрировала, что они могут записывать данные на обычное боросиликатное стекло — прочный, термостойкий тип стекла, часто используемый в стеклянной посуде на большинстве кухонь. Ранее ученые могли хранить данные только на чистом плавленом кварцевом стекле, которое дорого в производстве и доступно лишь у немногих поставщиков. Они также продемонстрировали несколько новых методов кодирования и считывания данных.
«Это достижение устраняет ключевые барьеры для коммерциализации: стоимость и доступность носителей информации, — заявил в своем заявлении соавтор исследования Ричард Блэк, партнер-менеджер по исследованиям в Microsoft. — Мы раскрыли научные основы для параллельной высокоскоростной записи и разработали методику, позволяющую проводить ускоренные тесты старения на записанном стекле, что позволяет предположить, что данные должны оставаться нетронутыми как минимум 10 000 лет».
Команда разместила 4,8 ТБ данных — что эквивалентно примерно 200 фильмам в разрешении 4K — на 301 слое в куске стекла размером 2 на 120 миллиметров со скоростью записи 3,13 мегабайта в секунду (МБ/с). Хотя это намного медленнее скорости записи жестких дисков (примерно 160 МБ/с) или твердотельных накопителей (примерно 7000 МБ/с), ученые обнаружили, что данные могут сохраняться более 10 000 лет. Для сравнения, большинство жестких дисков и твердотельных накопителей служат до 10 лет.
Такое долголетие и стабильность являются основными движущими силами инноваций, таких как устройства хранения на основе стекла и керамики, предназначенные главным образом для архивных целей, а не для использования в большинстве повседневных устройств. Теоретически эти альтернативные форматы хранения гораздо надежнее существующих и могут служить долгосрочным хранилищем для данных, которые мы генерируем.
Чтобы продемонстрировать эту идею, ученые Microsoft ранее обнародовали планы по сохранению музыки в Глобальном музыкальном хранилище в Норвегии. Эта новость также следует за еще одним независимым прорывом в области хранения данных на ДНК, когда 360 ТБ данных можно хранить на отрезке ДНК длиной в полмили (0,8 километра).
Лазер, нацеленный на архивы
В ходе исследования ученые раскрыли несколько открытий, которые в совокупности привели к более эффективной и экономичной записи и считыванию на стекле.
Во-первых, они описали достижения в технике, называемой записью двулучепреломляющих вокселей лазерными импульсами. Двулучепреломление — это явление двойного лучепреломления, а воксели — это трехмерный аналог двухмерных пикселей. Ученые разработали псевдоодиночный импульс — улучшение по сравнению с предыдущими двумя импульсами — при котором один импульс может расщепляться после поляризации, формируя первый импульс для одного вокселя и второй импульс для другого.
Это было дополнено возможностями параллельной записи, при которой множество информационных вокселей можно записывать одновременно в непосредственной близости, что значительно увеличивает скорость записи.
Ученые также разработали новый тип хранения в виде «фазовых вокселей», при котором данные могут быть закодированы в изменении фазы — сдвиге фазы материала под воздействием изменений энергии и давления — самого стекла, а не в его поляризации, как в случае с двулучепреломляющими вокселями. Это возможно всего одним импульсом, и ученые также разработали новую технику для считывания данных, хранящихся таким образом.
Наконец, команда нашла способ идентифицировать старение хранящихся данных в вокселях внутри стекла. Они использовали этот метод вместе со стандартными методиками ускоренного старения, чтобы определить, что данные могут сохраняться более 10 000 лет.
В будущем команда рассмотрит способы улучшения технологий записи и считывания, включая методы усовершенствования лазеров, которые записывают данные в стеклянные накопители. Они также будут изучать различные составы стекла, чтобы найти идеальный материал для хранения данных в этом формате.
Когда мы говорим о «цифровом бессмертии», мы обычно представляем себе нейросети и загрузку сознания в облако. Но реальность, как всегда, прозаичнее и материальнее. Пока мы мечтаем о киборгах, Microsoft предлагает записывать нашу историю на том же материале, из которого сделаны пивные бутылки и жаропрочные формы для запекания. В этом есть своя поэзия: наши потомки через 10 000 лет, возможно, будут находить на месте захоронений наших городов странные стеклянные пластины, как мы находим глиняные таблички Шумера.
Конечно, скорость записи в 3 МБ/с вызывает улыбку. Пока вы будете записывать на стекло один фильм в 4K, ваши внуки успеют посмотреть его десятки раз с жесткого диска. Но для архивов это не критично. Библиотеки, музеи, правительственные архивы, генетические базы данных — вот истинные заказчики этой технологии. Им не нужна скорость, им нужна гарантия, что «Евгений Онегин» или свод законов не превратятся в «тыр-пыр-тыр, восемь дырок» из-за выхода из строя контроллера или размагничивания со временем.
Особенно интересен момент с ускоренным тестированием. Как проверить, проживет ли стекло 10 000 лет, не ожидая 10 000 лет? Ученые фактически создали машину времени для материалов, имитируя столетия термического и светового воздействия. Если их расчеты верны, то перед нами — первый по-настоящему вечный носитель информации со времен камня и папируса.
Остается открытым вопрос совместимости. Сможет ли искусственный интеллект далекого будущего прочитать наши лазерные «иероглифы» так же легко, как мы читаем клинопись? Или эти стеклянные диски станут новой загадкой для археологов XXXII века, которые будут гадать, зачем древние люди прятали в своих «духовках» терабайты кошачьих мемов? В любом случае, спасибо Microsoft. Благодаря им у наших далеких потомков будет шанс узнать о нас не только по ржавым консервным банкам, но и по действительно ценным данным.
