近日，微軟研究院宣布了一個(gè)非常有意思的“二氧化硅項(xiàng)目”。該項(xiàng)目主要是開發(fā)一種環(huán)保方法，可以使用超快激光在玻璃板中存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)——這樣一來，就可以將音樂、電影等“拷貝”保存在玻璃中。

更神奇的是，一旦這些數(shù)據(jù)成功寫入，硅玻璃內(nèi)的數(shù)據(jù)將在數(shù)千年－數(shù)萬(wàn)年內(nèi)保持不變，并且能夠承受電磁脈沖和極端溫度。

簡(jiǎn)單來說，微軟用石英玻璃制造了一張張3英寸長(zhǎng)的正方形“硬盤”，每張可儲(chǔ)存100GB的數(shù)據(jù)，大概可儲(chǔ)存兩萬(wàn)首歌曲。

該項(xiàng)目是微軟與專注于可持續(xù)發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)投資集團(tuán)Elire合作開展的，雙方希望可以找到一種更可持續(xù)的數(shù)據(jù)捕獲形式，使玻璃中的數(shù)據(jù)變得“牢不可破”。

玻璃存儲(chǔ)過程包括：使用超快飛秒激光寫入，通過計(jì)算機(jī)控制的顯微鏡進(jìn)行讀取、解碼和轉(zhuǎn)寫，最后存儲(chǔ)在“圖書館”中。值得注意的是，這個(gè)“圖書館”是被動(dòng)運(yùn)行的，不使用電力，這有可能大大減少與長(zhǎng)期數(shù)據(jù)存儲(chǔ)相關(guān)的碳排放。

“二氧化硅項(xiàng)目”打造了一種更可持續(xù)的數(shù)據(jù)捕獲形式，超越了壽命有限的磁存儲(chǔ)，后者存在著頻繁的重復(fù)復(fù)制、不斷增加的能源消耗和運(yùn)營(yíng)成本等劣勢(shì)。

二氧化硅項(xiàng)目工程師Ant Rowstron表示：“磁性技術(shù)的使用壽命是有限的，一個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器大約可以使用5－10年。一旦生命周期結(jié)束，你就得把它復(fù)制一遍，存到新一代的媒體上。老實(shí)說，如果考慮到我們正在使用的所有能源和資源，這既麻煩又不可持續(xù)。”

用玻璃保存全球音樂的未來

專注于可持續(xù)發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)投資集團(tuán)Elire現(xiàn)在已成為最新一家與微軟研究院（Microsoft Research）Project Silica團(tuán)隊(duì)合作的公司，加入了CMR Surgical等公司的行列，后者正在使用玻璃數(shù)據(jù)存儲(chǔ)來改變機(jī)器人手術(shù)的未來。

Elire將在挪威斯瓦爾巴群島的全球音樂庫(kù)（Global Music Vault）中使用這項(xiàng)技術(shù)，一小片玻璃可以容納數(shù)Tb的數(shù)據(jù)，足以存儲(chǔ)大約175萬(wàn)首歌曲或13年的音樂。這是向可持續(xù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)邁出的重要一步。

微軟指出，盡管玻璃存儲(chǔ)尚未準(zhǔn)備好大規(guī)模推廣，但因其具備耐用性和成本效益，它被視為一項(xiàng)前景光明的可持續(xù)商業(yè)化解決方案，后持續(xù)的維護(hù)成本也將“微乎其微”。只需要將這些玻璃數(shù)據(jù)儲(chǔ)器存放在無(wú)需電力的庫(kù)中。當(dāng)需要時(shí)，機(jī)器人會(huì)爬上貨架取回，以便后續(xù)導(dǎo)入操作。

光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的潛力有多大？

根據(jù)存儲(chǔ)方式的不同，存儲(chǔ)方式可以是電磁介質(zhì)、光學(xué)介質(zhì)或其他介質(zhì)。傳統(tǒng)的光存儲(chǔ)系統(tǒng)使用像藍(lán)光這樣的光盤，其中包含一層反射材料。光驅(qū)使用激光在相鄰的涂層上產(chǎn)生不反射的凹坑，讀取凹坑的激光可以檢測(cè)到這些凹坑。凹坑的模式和未燃燒的反射區(qū)域被檢測(cè)出來后，可以對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。

但在互聯(lián)網(wǎng)、社交媒體和云計(jì)算應(yīng)用數(shù)據(jù)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的背景下，超高密度光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求暴漲——數(shù)據(jù)存儲(chǔ)迫切需要克服傳統(tǒng)磁性硬盤驅(qū)動(dòng)器或磁帶以及固態(tài)驅(qū)動(dòng)器（SSD）存儲(chǔ)的瓶頸，并新型長(zhǎng)期數(shù)據(jù)存儲(chǔ)解決方案。

人們普遍認(rèn)為，光學(xué)技術(shù)是提高海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力的關(guān)鍵。上述借助玻璃來進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的概念可以追溯到19世紀(jì)，后經(jīng)精心改良、技術(shù)升級(jí)迭代，諸多障礙被一一克服。

此外，相比目前的光盤技術(shù)，光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)比較突出的一點(diǎn)優(yōu)勢(shì)是：它能夠?qū)崿F(xiàn)多維的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

顧名思義，多維數(shù)據(jù)存儲(chǔ)主要是以三維以上的結(jié)構(gòu)（如多層光盤、卡片、晶體或立方體）記錄和讀出信息。信息的寫入和讀出，在這個(gè)過程中，通常是通過將一個(gè)或多個(gè)激光束聚焦到三維介質(zhì)中來實(shí)現(xiàn)的。由于存儲(chǔ)介質(zhì)的體積性質(zhì)，在寫入或讀取所需的基準(zhǔn)之前，需要激光通過其他點(diǎn)。這意味著寫和讀函數(shù)通常都需要非線性，以便在給定時(shí)間只處理一個(gè)局部點(diǎn)。

時(shí)至今日，5D光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)已經(jīng)得到驗(yàn)證——使用這種技術(shù)的光盤可以存儲(chǔ)高達(dá)360Tb的數(shù)據(jù)，并可以保存數(shù)十億年。1996年，科學(xué)家首次提出并演示了使用飛秒激光來記錄存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。這項(xiàng)技術(shù)于2010年由京都大學(xué)Kazuyuki Hirao的實(shí)驗(yàn)室首次演示，并由南安普頓大學(xué)光電子研究中心的Peter Kazansky研究小組進(jìn)一步發(fā)展演進(jìn)。此外，日立和微軟也已經(jīng)研究了基于玻璃的光存儲(chǔ)技術(shù)，后者的項(xiàng)目被稱為“Project Silica”。全球范圍內(nèi)，光存儲(chǔ)市場(chǎng)的主要玩家還包括：索尼、西部數(shù)碼、三星電子、IBM、東芝、富士通。

5D光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)主要是基于一種實(shí)驗(yàn)性納米結(jié)構(gòu)玻璃，它不僅通過在三維空間中編碼數(shù)據(jù)來存儲(chǔ)信息，而且還通過與雙折射有關(guān)的兩個(gè)參數(shù)來存儲(chǔ)信息，這些參數(shù)是由聚焦在玻璃介質(zhì)中的飛秒激光的偏振和強(qiáng)度控制的。納米結(jié)構(gòu)的大小、方向和三維位置構(gòu)成了上述五個(gè)維度。

然而，為了提高這項(xiàng)技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用前景，還需要提高數(shù)據(jù)讀取速度。此外，由于必需的高功率激光系統(tǒng)和缺乏數(shù)據(jù)可重寫性，其應(yīng)用可能會(huì)受到限制。

光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)也適用于多電平編碼技術(shù)，它通過使用不同的離散信號(hào)強(qiáng)度級(jí)別每點(diǎn)寫入多個(gè)比特，可以顯著增加存儲(chǔ)容量。多級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)還可以同時(shí)讀出多個(gè)比特，從而提高數(shù)據(jù)的讀出速率，這對(duì)于大數(shù)據(jù)集來說是非常重要的。

在南澳大利亞大學(xué)和新南威爾士大學(xué)的一項(xiàng)新興技術(shù)中，科研人員們可以利用無(wú)機(jī)熒光粉的獨(dú)特特性來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。這種方法具有可重寫和使用低功率激光器的潛力。此外，該技術(shù)也不需要低溫，而是能夠在室溫下燃燒光譜孔，從而更加實(shí)用。

來源：OFweek激光網(wǎng)