光存儲(chǔ)介質(zhì)正從CD和DVD向小方玻璃片發(fā)展

光存儲(chǔ)介質(zhì)正從CD和DVD向小方玻璃片發(fā)展。

磁帶和硬盤驅(qū)動(dòng)器保存著世界上大部分的檔案數(shù)據(jù)。與其他記憶和存儲(chǔ)技術(shù)相比，磁帶和磁盤驅(qū)動(dòng)器成本更低、更可靠，且屬于非易失性存儲(chǔ)，這意味著它們不需要持續(xù)的電源來(lái)保存數(shù)據(jù)。幾十年來(lái)，文化機(jī)構(gòu)、金融公司、政府機(jī)構(gòu)和電影公司一直依賴這些技術(shù)，并將在今后繼續(xù)這樣做。

但是檔案管理員可能很快就會(huì)有另一種選擇，使用極快的激光將數(shù)據(jù)寫入一片2毫米厚、大約相當(dāng)于一張便利貼大小的玻璃片內(nèi)，信息基本上可以永遠(yuǎn)保存。

2013年，英國(guó)南安普敦大學(xué)的研究人員展示了這種光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的實(shí)驗(yàn)。不久之后，這個(gè)團(tuán)隊(duì)開始與微軟研究院的工程師合作進(jìn)行“二氧化硅項(xiàng)目”（Project Silica）。2019年11月，微軟將1978年的電影《超人》寫在一小片玻璃上并成功讀取，首次完成了它的概念驗(yàn)證。

通過(guò)這種方法，研究人員理論上可以在一張DVD大小的光盤內(nèi)存儲(chǔ)多達(dá)360太字節(jié)（TB）的數(shù)據(jù)。相比之下，松下希望有一天能在傳統(tǒng)光盤內(nèi)實(shí)現(xiàn)1TB的容量，而希捷和西部數(shù)據(jù)則計(jì)劃在2026年前生產(chǎn)50至60 TB的硬盤。

國(guó)際數(shù)據(jù)公司預(yù)計(jì)，到2025年，全球產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將從2018年的33澤字節(jié)（ZB）增加到175ZB。雖然只有一小部分?jǐn)?shù)據(jù)會(huì)被存儲(chǔ)起來(lái)，但今天的方法可能已經(jīng)無(wú)法滿足需求。康寧研發(fā)公司的首席技術(shù)專家瓦古伊?伊沙克（Waguih Ishak）說(shuō)：“我們相信，人們對(duì)存儲(chǔ)的欲望將迫使科學(xué)家去研究其他材料。”

微軟的項(xiàng)目是該公司希望通過(guò)光技術(shù)提高云存儲(chǔ)這個(gè)廣義計(jì)劃的一部分。研究存儲(chǔ)方法的加州大學(xué)圣克魯茲分校計(jì)算機(jī)科學(xué)博士生詹姆斯?拜倫（James Byron）說(shuō)：“我覺得他們認(rèn)為這是一種與（亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)）和其他云服務(wù)提供商不同的的潛在技術(shù)?！?/p>

不止微軟一家公司，希捷首席技術(shù)官約翰?莫里斯（John Morris）表示，該公司的研究人員也在研究玻璃存儲(chǔ)光學(xué)數(shù)據(jù)的潛力。他說(shuō)：“挑戰(zhàn)在于開發(fā)達(dá)到適當(dāng)吞吐量的讀寫系統(tǒng)?！?/p>

向玻璃寫入數(shù)據(jù)需要將飛秒激光聚焦在玻璃內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)上，飛秒激光脈沖速度非?？臁２ＡП旧砭褪且环N熔融石英。它和哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的反射鏡以及國(guó)際空間站的窗戶用的是同一種極其純凈的玻璃。

激光脈沖使玻璃在焦點(diǎn)處變形，形成一個(gè)叫做體元的微小三維結(jié)構(gòu)。衡量體元如何與偏振光相互作用的兩個(gè)屬性——延遲和偏振角度變化，可共同表示每個(gè)體元的若干位數(shù)據(jù)。

微軟目前可以在一片玻璃內(nèi)寫入數(shù)百層體元。玻璃寫入一次后可以讀取很多次。“這是玻璃內(nèi)的數(shù)據(jù)，而不是玻璃上的數(shù)據(jù)?！蔽④泟蜓芯吭簩?shí)驗(yàn)室的首席研究員和實(shí)驗(yàn)室副主任安特?羅斯特?。ˋnt Rowstron）說(shuō)。

從玻璃讀取數(shù)據(jù)需要完全不同的設(shè)置，這是這種方法的一個(gè)潛在缺點(diǎn)。研究人員向特定體元發(fā)出不同的偏振光，所有光波都在同一個(gè)方向上振蕩，而不是在每個(gè)不同方向上振蕩。他們用照相機(jī)捕捉結(jié)果。然后，機(jī)器學(xué)習(xí)算法會(huì)對(duì)這些圖像進(jìn)行分析并將其測(cè)量值轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)。

同為斯坦福大學(xué)電氣工程副教授的伊沙克對(duì)這種方法持樂(lè)觀態(tài)度。“我相信，在未來(lái)10年內(nèi)，我們將看到一種全新的存儲(chǔ)方式，它將使我們今天所采用的方式黯然失色。”他說(shuō)，“我堅(jiān)信，像熔融石英這樣的純凈材料肯定會(huì)發(fā)揮重要作用?！?/p>

但依然存在許多科學(xué)和工程挑戰(zhàn)?！皩懭脒^(guò)程很難做到可靠和可重復(fù)，也很難將創(chuàng)建體元所需的時(shí)間縮減到最短?！绷_斯特隆說(shuō)，“對(duì)于讀取過(guò)程來(lái)說(shuō)，如何利用玻璃的最小信號(hào)讀取玻璃內(nèi)的數(shù)據(jù)一直是個(gè)挑戰(zhàn)?！?/p>

微軟團(tuán)隊(duì)增添了糾錯(cuò)代碼，以提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，并繼續(xù)改進(jìn)其機(jī)器學(xué)習(xí)算法，以實(shí)現(xiàn)讀出過(guò)程自動(dòng)化。雖然羅斯特隆拒絕分享寫入速度到底是多少，但與開始時(shí)相比，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

該團(tuán)隊(duì)也在思考將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)這么長(zhǎng)時(shí)間意味著什么。羅斯特隆說(shuō)：“我們正在研究和思考玻璃的‘羅塞塔石碑’（解釋古埃及象形文字的線索，譯注）是什么樣的，幫助人們?cè)谖磥?lái)破譯它?！?/p>