一块玻璃存储 360 TB 的数据（附论文）

微软的硅石项目（Project Silica）旨在使在玻璃中存储大量数据成为现实，目前众多企业在此领域投入大量的研究。

学会读取数据：微软的高级光学科学家James Clegg将一片玻璃放入到用于检索存储在玻璃中的信息的系统中

磁带和硬盘驱动器保存着世界上的大量归档数据。与其他内存和存储技术相比，磁带和磁盘驱动器成本更低且更可靠。它们也是非易失性的，这意味着它们不需要恒定的电源来保存数据。数十年来，文化机构、金融公司、政府部门和电影公司一直依赖这些技术，在不久的将来会继续这么做。

但是归档工作人员可能很快会有另一种选择：使用超快的激光器将数据写入到2毫米厚的玻璃片中，玻璃片大小如同便签纸，信息在上面实际上能永久保留下来。

英国南安普敦大学的研究人员早在2013年就演示了这种光学数据存储的实验版。此后不久，该研究小组开始与微软研究院的工程师合作，开展一个名为硅石项目（Project Silica）的项目。

去年11月，微软将1978年影片《超人》成功写入到单单一小片玻璃上并检索影片，完成了其首个概念验证。

永远存在：微软和华纳兄弟公司在“硅石项目”的概念验证中将1978年影片《超人》存储在像杯垫一样大小的玻璃上。这片玻璃含有75.6 GB的数据和纠错码。

借助这种方法，研究人员理论上可以在一块DVD大小的玻璃盘上存储多达360 TB的数据。相比之下，松下公司旨在有一天可以在传统光盘上存储1 TB的数据，希捷和西部数据则力求到2026年推出容量高达50TB到60 TB的硬盘。

IDC 预计，到2025年，全球将生成175 ZB的数据，远高于2018年的33 ZB。虽然这些数据中只有一小部分会存储起来，但如今的方法可能再也力不从心。康宁研究发展公司的首席技术专家Waguih Ishak说：“我们认为，人们对数据存储不断的需求会迫使科学家们研究其他种类的材料。”

微软开展的工作是一个更广泛的公司项目的一部分，旨在通过光学技术改善云存储。加州大学圣克鲁斯分校计算机科学专业的博士生James Byron专门研究存储方法，他说：“我认为，微软将这技术视作有望与AWS及其他云提供商的技术相比脱颖而出的一项技术。”

并非只有微软这一家公司走这条路——希捷的首席技术官John Morris表示，该公司的研究人员也致力于研究玻璃中存储光学数据的潜力。他说：“面临的挑战在于，开发能够读写数据、吞吐量又相当高的系统。”

将数据写入到玻璃上需要非常快地生成脉冲的飞秒激光器聚焦于玻璃上的某个点。这种玻璃本身是一种名为石英玻璃的材质。哈勃太空望远镜的镜子和国际空间站的窗户使用同一种类型的极其纯净的玻璃。

激光器的脉冲使焦点处的玻璃发生变形，从而形成名为三维像素（voxel）的微小3D结构。衡量三维像素与偏振光如何相互作用的两个属性（迟滞性和光偏振角的变化）可以共同代表每个三维像素的几个比特的数据。

微软目前可以在每片玻璃上写入数百层三维像素。玻璃写入一次后可以多次读取。英国剑桥微软研究实验室的首席研究员兼副实验室主任Ant Rowstron说：“这是玻璃中的数据，而不是玻璃上的数据。”

从玻璃读取数据需要一种全然不同的装置，这是该方法的一个潜在缺点。研究人员将不同类型的偏振光照射到特定的三维像素上——在这些偏振光中，光波都以相同的方向振荡，而不是以各自的方向振荡。研究人员用相机捕捉结果。然后，机器学习算法分析这些图像，并将测量结果转换成数据。

Ishak还是斯坦福大学的电气工程学副教授，他看好这种方法。他说：“我确信，在十年之内，我们会看到一种全新的存储方法，会让我们今天拥有的各种存储方法黯然失色、相形见绌。我还坚信，像石英玻璃这些纯净的材料肯定会在这方面发挥重要作用。”

但是仍然存在科学和工程方面的许多挑战。Rowstron说：“写入过程很难具有可靠性和可重复性，也[很难]最大限度地缩短创建三维像素所需的时间。读取过程一直是一大挑战，很难弄清楚如何使用来自玻璃的最小信号从玻璃读取数据。”

微软研究小组添加了纠错码以提高系统的准确性，并继续完善其机器学习算法，使读回过程实现自动化。研究团队已经将写入速度相比最初提高了好几个数量级，不过Rowstron拒绝透露绝对速度有多快。

研究团队还在考虑这么长久地存储数据意味着什么。Rowstron说：“我们正在认真思考帮助人们在将来解读数据的玻璃存储技术会是什么样子。”

微软的《玻璃：新时代的新存储介质》论文：

《5D数据存储 ：玻璃中的超快激光器纳米结构》论文：

转载自公众号 云头条

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