學(xué)會讀取數(shù)據(jù)：微軟的高級光學(xué)科學(xué)家James Clegg將一片玻璃放入到用于檢索存儲在玻璃中的信息的系統(tǒng)中
磁帶和硬盤驅(qū)動器保存著世界上的大量歸檔數(shù)據(jù)。與其他內(nèi)存和存儲技術(shù)相比，磁帶和磁盤驅(qū)動器成本更低且更可靠。它們也是非易失性的，這意味著它們不需要恒定的電源來保存數(shù)據(jù)。數(shù)十年來，文化機構(gòu)、金融公司、政府部門和電影公司一直依賴這些技術(shù)，在不久的將來會繼續(xù)這么做。
但是歸檔工作人員可能很快會有另一種選擇：使用超快的激光器將數(shù)據(jù)寫入到2毫米厚的玻璃片中，玻璃片大小如同便簽紙，信息在上面實際上能永久保留下來。
英國南安普敦大學(xué)的研究人員早在2013年就演示了這種光學(xué)數(shù)據(jù)存儲的實驗版。此后不久，該研究小組開始與微軟研究院的工程師合作，開展一個名為硅石項目（Project Silica）的項目。
去年11月，微軟將1978年影片《超人》成功寫入到單單一小片玻璃上并檢索影片，完成了其首個概念驗證。
永遠(yuǎn)存在：微軟和華納兄弟公司在“硅石項目”的概念驗證中將1978年影片《超人》存儲在像杯墊一樣大小的玻璃上。這片玻璃含有75.6 GB的數(shù)據(jù)和糾錯碼。
借助這種方法，研究人員理論上可以在一塊DVD大小的玻璃盤上存儲多達(dá)360 TB的數(shù)據(jù)。相比之下，松下公司旨在有一天可以在傳統(tǒng)光盤上存儲1 TB的數(shù)據(jù)，希捷和西部數(shù)據(jù)則力求到2026年推出容量高達(dá)50TB到60 TB的硬盤。
IDC 預(yù)計，到2025年，全球?qū)⑸?75 ZB的數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)高于2018年的33 ZB。雖然這些數(shù)據(jù)中只有一小部分會存儲起來，但如今的方法可能再也力不從心?？祵幯芯堪l(fā)展公司的首席技術(shù)專家Waguih Ishak說：“我們認(rèn)為，人們對數(shù)據(jù)存儲不斷的需求會迫使科學(xué)家們研究其他種類的材料?！?/p>
微軟開展的工作是一個更廣泛的公司項目的一部分，旨在通過光學(xué)技術(shù)改善云存儲。加州大學(xué)圣克魯斯分校計算機科學(xué)專業(yè)的博士生James Byron專門研究存儲方法，他說：“我認(rèn)為，微軟將這技術(shù)視作有望與AWS及其他云提供商的技術(shù)相比脫穎而出的一項技術(shù)?！?/p>
并非只有微軟這一家公司走這條路——希捷的首席技術(shù)官John Morris表示，該公司的研究人員也致力于研究玻璃中存儲光學(xué)數(shù)據(jù)的潛力。他說：“面臨的挑戰(zhàn)在于，開發(fā)能夠讀寫數(shù)據(jù)、吞吐量又相當(dāng)高的系統(tǒng)?！?/p>
將數(shù)據(jù)寫入到玻璃上需要非?？斓厣擅}沖的飛秒激光器聚焦于玻璃上的某個點。這種玻璃本身是一種名為石英玻璃的材質(zhì)。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的鏡子和國際空間站的窗戶使用同一種類型的極其純凈的玻璃。
激光器的脈沖使焦點處的玻璃發(fā)生變形，從而形成名為三維像素（voxel）的微小3D結(jié)構(gòu)。衡量三維像素與偏振光如何相互作用的兩個屬性（遲滯性和光偏振角的變化）可以共同代表每個三維像素的幾個比特的數(shù)據(jù)。
微軟目前可以在每片玻璃上寫入數(shù)百層三維像素。玻璃寫入一次后可以多次讀取。英國劍橋微軟研究實驗室的首席研究員兼副實驗室主任Ant Rowstron說：“這是玻璃中的數(shù)據(jù)，而不是玻璃上的數(shù)據(jù)?！?/p>
從玻璃讀取數(shù)據(jù)需要一種全然不同的裝置，這是該方法的一個潛在缺點。研究人員將不同類型的偏振光照射到特定的三維像素上——在這些偏振光中，光波都以相同的方向振蕩，而不是以各自的方向振蕩。研究人員用相機捕捉結(jié)果。然后，機器學(xué)習(xí)算法分析這些圖像，并將測量結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)。
Ishak還是斯坦福大學(xué)的電氣工程學(xué)副教授，他看好這種方法。他說：“我確信，在十年之內(nèi)，我們會看到一種全新的存儲方法，會讓我們今天擁有的各種存儲方法黯然失色、相形見絀。我還堅信，像石英玻璃這些純凈的材料肯定會在這方面發(fā)揮重要作用?！?/p>
但是仍然存在科學(xué)和工程方面的許多挑戰(zhàn)。Rowstron說：“寫入過程很難具有可靠性和可重復(fù)性，也[很難]最大限度地縮短創(chuàng)建三維像素所需的時間。讀取過程一直是一大挑戰(zhàn)，很難弄清楚如何使用來自玻璃的最小信號從玻璃讀取數(shù)據(jù)?！?/p>
微軟研究小組添加了糾錯碼以提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，并繼續(xù)完善其機器學(xué)習(xí)算法，使讀回過程實現(xiàn)自動化。研究團隊已經(jīng)將寫入速度相比最初提高了好幾個數(shù)量級，不過Rowstron拒絕透露絕對速度有多快。
研究團隊還在考慮這么長久地存儲數(shù)據(jù)意味著什么。Rowstron說：“我們正在認(rèn)真思考幫助人們在將來解讀數(shù)據(jù)的玻璃存儲技術(shù)會是什么樣子?！?/p>
微軟的《玻璃：新時代的新存儲介質(zhì)》論文：
《5D數(shù)據(jù)存儲 ：玻璃中的超快激光器納米結(jié)構(gòu)》論文：
轉(zhuǎn)載自公眾號 云頭條
