Microsoft совершила прорыв в хранении данных на стекле: скорость выросла, цена упала
Корпорация Microsoft рассказала о значительном прогрессе в Project Silica — инициативе по созданию трёхмерных носителей информации на стеклянных подложках с использованием фемтосекундных лазеров для архивного хранения данных. Разработкой этой технологии компания занимается с 2019 года.
Как следует из публикации в журнале Nature, инновационный подход позволяет использовать для записи недорогое боросиликатное стекло вместо более затратного кварцевого. Этот материал широко применяется в производстве кухонной утвари и жаропрочных стекол для духовых шкафов. В рамках экспериментов исследователям Microsoft удалось разместить 258 слоёв данных суммарным объёмом около 2,02 ТБ на пластине из боросиликатного стекла размером 120 мм2 и толщиной 2 мм. Скорость записи варьировалась от 18,4 до 65,9 Мбит/с в зависимости от числа задействованных лазерных лучей.
Источник изображений: Nature / Microsoft
Пиковая скорость оказалась существенно выше, чем 25,6 Мбит/с, достигнутые ранее на кварцевом стекле, однако плотность хранения данных снизилась — 2,02 ТБ на пластину против 4,84 ТБ. Кроме того, учёным удалось уменьшить число камер, необходимых для чтения информации, с трёх–четырёх до всего одной. Сами записывающие устройства также стали проще: они содержат меньше компонентов, что облегчает их производство, настройку и ускоряет процесс кодирования.
Скорость в 65,9 Мбит/с была получена при работе четырёх лазерных лучей. Сообщается, что возможно использование 16 и более лучей, что теоретически обеспечит скорость от 263,6 Мбит/с. Это соответствует 33 МБ/с, что значительно уступает максимальной скорости записи несжатых данных на ленту LTO-10, составляющей 400 МБ/с (или 1000 МБ/с для сжатых данных), как отмечает Blocks & Files.
Ричард Блэк (Richard Black), занимающий должность менеджера по партнёрским отношениям, поделился в корпоративном блоге информацией о нескольких важных научных достижениях компании. В частности, для ранее применяемой технологии хранения информации в кварцевом стекле с использованием двулучепреломляющих (поляризационных) вокселей был предложен подход, сокращающий число лазерных импульсов, требуемых для создания одного вокселя, с множества до всего двух.
Кроме того, исследователи создали инновационный способ записи данных в стекло, основанный на так называемых фазовых вокселях, где изменяется фаза света, а не его поляризация. Для формирования такого вокселя необходим всего один импульс. Хотя фазовые воксели демонстрируют более выраженную межсимвольную интерференцию, эту проблему успешно решают с помощью алгоритмов машинного обучения, применяемых для классификации.
«Основным архитектурным выбором для перспективной системы Silica является решение между двулучепреломляющими и фазовыми вокселями… Надёчное создание двулучепреломляющих вокселей возможно лишь в стеклах из высокочистого кварца, тогда как фазовые воксели потенциально можно записывать в любую прочную прозрачную среду, например, в боросиликатное стекло», — пояснили в компании.
Помимо уменьшения количества лазерных импульсов для записи информации на стеклянные пластины, в Microsoft также добились увеличения числа одновременно формируемых вокселей. Это стало возможным благодаря комбинации математической модели, учитывающей нагрев стекла до и после записи, с многолучевой системой доставки импульсов, что существенно подняло скорость передачи данных. Инженеры также разработали новый неразрушающий оптический метод для оценки старения вокселей. Компания провела ускоренные испытания на долговечность, чтобы спрогнозировать срок службы носителя. Для боросиликатного стекла этот показатель достигает примерно 10 тысяч лет.
«Мы подтвердили, что система Silica является надёжным носителем информации, успешно восстановив пользовательские данные посредством прямого исправления ошибок (FEC). Ускоренные испытания на старение показали, что наши усовершенствования обеспечивают сохранность данных свыше 10 000 лет в обычных условиях. Таким образом, полученные результаты указывают на потенциал Silica в качестве архивирующего решения для цифровой эры», — резюмировали в компании.
Впрочем, заявлений о готовности вывести технологию на рынок сделано не было. Как отметил Блэк в своём блоге: «Исследовательская фаза проекта завершена, и мы продолжаем опираться на опыт Silica, изучая сохраняющийся спрос на экологичные и долговременные методы хранения цифровых данных».
Источники информации: