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不怕煮不怕烤不消磁!科學家造出500TB超大5維光碟,壽命138億年
2021/11/10
2021/11/10

在過去,資料的儲存形式無非是軟碟、磁帶、光碟和硬碟,不管哪一種形式,由于材料的原因,隨著材料的磨損、老化或損壞,資料最終將會變得無法使用。

磁帶和軟碟,只要不劃傷碟片,碟片不變形、不受高溫、不受潮、不靠近磁性物質等情況下,資料可以保存5~8年,但實際使用中有兩三年都不錯了。

光碟是由聚合塑膠(聚碳酸酯)層、鋁膜層和保護塗層三部分組成。環境溫度過高或過低會加速塑膠老化,鋁膜與空氣接觸也會被慢慢氧化。理論上光碟壽命有20年,但實際使用中,超過5年的寥寥無幾。

至于硬碟,由于資料要不斷擦寫,機械硬碟一般3~5年之後,性能就會慢慢下降,最終變得無法使用,固態硬碟好一點,但能用上10年的估計也沒有多少。

由于儲存介質不斷磨損老化,很多企業和部門,為了確保資料的安全,必須每隔幾年就進行一次資料移轉,在資料爆炸的時代,這無疑是一個極其昂貴和耗時漫長的過程。

有沒有更好的方法來解決這個問題呢?2021年10月,英國南安普敦大學光電子研究中心主任Peter Kazansky教授向公眾展示了他的革命性新技術:一種在 CD 大小的光碟上存儲大量資料的新方法。這種光碟是用特殊的納米級石英玻璃製成,利用飛秒鐳射通過五維技術——兩個光學維度和三個空間維度——把資料雕刻在上面,目前一張光碟的資料容量可達500TB(1TB=1000G)。

但更令人激動的是,這種存儲介質有著前所未有的特性,包括500TB/盤資料容量、高達1000°C的熱穩定性和幾乎無限的室溫壽命(190℃下的138億年,與宇宙同壽),開啟了一個永恆資料存檔的新時代。

Peter Kazansky表示,他是在參觀一些古老的岩畫時得到啟發,那些燒錄在山洞的岩壁上的圖案已存在了數千年甚至上萬年,這是地球有史以來記錄文明最穩定最持久的辦法之一。因此,如果用這樣的思路來儲存資料,能不能一勞永逸地解決這個難題呢?

Peter Kazansky本身長期承擔美國國會圖書館資料儲存工作,每隔幾年的資料移轉工作一直都讓他疲憊不堪——作為世界上最大的圖書館,美國國會圖書館資料容量高達3000TB,如果用上他的新技術,1張500TB的玻璃光碟就能儲存國會圖書館六分之一的資料,而且,更重要的是,這張光碟幾乎還是永恆的——無論煮沸、烘烤、淹沒或消磁,其上的資料都不會退化。

美國國會圖書館這些新型的儲存技術中,另一個關鍵的技術是如何把資料刻到堅硬的玻璃上去。

古人用石頭和錘子把畫雕刻成岩畫,用工具物理性地改變材料的屬性。Kazansky如何在堅硬的玻璃上雕刻呢?他的「鑿子」和「錘子」是什麼呢?

「錘子」是電,「鑿子」是鐳射。 Kazan sky使用的是一種特殊的鐳射,這種鐳射能產生非常強烈的脈衝,產生一個強電場,在玻璃上產生閃電般的擊穿。由于這些脈衝非常短,這種閃電可以非常精確地產生微小爆炸,這樣就能在玻璃中持續地精確地創建所需要的小腔,資料就以腔體的形式被雕刻在上面。

哪些人最需要這種新型的光碟呢?作為一種非常穩定和安全的可擕式記憶體形式,這項技術對于擁有大型檔案的組織,如國家檔案館、博物館、圖書館和電影業等等是必不可少的。比如電影業就有超過 100 年的老電影檔案,所有這些檔案必須每隔三到五年就要遷移,否則資料就有可能丟失的危險。但是在 2019 年, Kazan sky 與微軟和華納兄弟合作,製作了一個微小的玻璃片來存儲 1978 年的超人電影。

這對電影行業來說是一個福音,他們一直在尋找新的方法來保存他們的檔案資產,這是檔案工作者的勝利,多年來他們一直在擔心公眾數字黑暗時代的危險。

毫無疑問,一些大型的社交媒體公司和資料中心等也是這種技術的強烈需求者,例如Facebook、微信等等。至于個人,只需把資料上傳到雲端即可,畢竟這東西可不便宜。

但是目前,這項技術想取得大規模運用的話,還有一個難題必須要克服,那就是它的寫入速度實在是太慢了,簡直可以說和用「鑿子」在岩壁上畫畫一樣慢。儘管在過去的幾年裡,科學家們已經大幅提高了寫入速度,但是目前的速度大約只有每小時1 G位組,這是什麼概念呢?

這意味著編寫 500TB的資料可能需要57年的時間,目前美國國會圖書館的資料是3000TB,按現時這個速度,要花342年才能把這個資料整理完畢。這,除非有「功成不必在我」的心態,否則估計實在沒幾個人有耐心等下去。

Peter Kazansky無論如何,曙光已經出現。Peter Kazansky說:「想到我們發明瞭保存檔和資訊的技術,並將其存儲在空間供子孫後代使用,這是非常令人激動的成就。」想想看,每小時讀取 1G 的資料,幾個小時就可以把一個人的 DNA全部寫入可以保存138億年的光碟,假如人類遭遇不測,過無論過了多久,只要有新的文明發現這個光碟,就可以重新復活人類,多美美好的前景啊。

所以,這是一項可以永久記錄、呈現我們文明的技術:我們所學到的一切都不會被遺忘。

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