新研發5D資料儲存密度比藍光更高1萬倍

作者 : University of Southampton

英國研究人員開發以飛秒雷射寫入的5D數位資料之記錄與檢索過程。這種由石英玻璃製成的5D結構可支援長期寫入,實現比當前藍光技術更高10,000倍的儲存密度...

英國南安普敦大學(University of Southampton)的研究人員在開發能夠保存數十億年的數位資料儲存進展方面邁出了一大步。

該校光電研究中心(Optoelectronics Research Centre;ORC)的科學家使用奈米結構玻璃,開發了以飛秒雷射寫入的五維(5D)數位資料之記錄與檢索過程。這種由石英玻璃製成的5D結構可支援長期寫入,實現比當前藍光技術更高10,000倍的儲存密度。

新的雷射技術讓研究人員能夠在五個維度上寫入——兩個光學維度和三個空間維度。可以實現每秒 1,000,000 個立體畫素的寫入速度,相當於每秒 230KB 的資料(超過100頁的文本)。而目前最好的SSD寫入速度為三星980 Pro每秒約 5,000MB。

這種儲存方式具有前所未有的特性,包括360TB/磁碟資料量、高達1,000℃的熱穩定性以及幾乎無限的室溫壽命(190℃下為138億年),開啟了永恆資料存檔的新時代。某些特定用例可以從這種穩定和安全的可攜式記憶體形式中受益,該技術對於擁有大型檔案的組織(例如國家檔案館、博物館和圖書館)在保存資訊和記錄方面非常有幫助。此外,這項技術還可以轉化為現實世界的cold-storage應用。

英國南安普敦大學博士研究員 Yuhao Lei 說:「個人和組織正產生越來越大的資料集,迫切需要具有高容量、低能耗和長壽命的更高效資料儲存形式。雖然基於雲端的系統更多是為臨時資料設計的,但我們認為玻璃中的5D資料儲存對於國家檔案館、博物館、圖書館或私人組織的長期資料儲存可能有用。」

該團隊決定透過將5GB資料寫入5D石英玻璃磁片來測試這項技術。研究人員隨後詢問了有關儲存技術的一個基本問題——您正在寫入的資料是否夠穩定,可以將其從寫入狀態中恢復?答案是100%成功的讀數。然而,該測試僅在可用介質的一小部份進行——如果填滿邊緣,石英玻璃盤將能夠容納500TB的資料。

研究人員表示,隨著寫入技術的改進,特別是透過平行性,他們可以設計出一個可以在短短60天內填充相同500TB的系統。這設想很不錯:想像一下,如果500TB的僅備份儲存可以壓縮到單個外部硬碟驅動器上。這就是這種介質的密度規模優勢。

該技術於2013年首次通過實驗證明,當時成功地以5D錄製了300kb的文件數字副本。

現在,人類歷史上的重要文件,如世界人權宣言(UDHR)、牛頓光學(Opticks)、大憲章(Magna Carta)和國王詹姆斯聖經(Kings James Bible),都被保存為可以在人類中倖存下來的數位副本。ORC最近在墨西哥舉行的國際光年(IYL)閉幕式上向聯合國教科文組織(UNESCO)提交了一份編碼為5D數據儲存的UDHR副本。

5D UDHR

記錄到5D光學數據中的UDHR

這些文件是使用超快雷射記錄的,產生極短而強烈的光脈衝。該檔案由三層奈米結構點組成,間隔五微米(百萬分之一米)。

自組裝奈米結構改變了光穿過玻璃的方式,改變了光的偏振,然後可以透過光學顯微鏡和偏光鏡的組合讀取,類似於在Polaroid太陽眼鏡中的光。

被稱為「超人記憶晶體」(Superman memory crystal),因為玻璃記憶被比作超人(Superman)電影中所使用的「記憶晶體」(memory crystals),數據是透過在熔融石英中創建的自組裝奈米結構記錄的。資訊編碼是以5D實現的:除了這些奈米結構的3D位置之外,還加上了尺寸和方向。

該團隊現在正在尋找業界合作夥伴,以進一步開發和商業化這項突破性的新技術。

本文原刊登於EDN China網站,夏菲編譯

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