Корпорация Microsoft рассказала о серьёзном прогрессе в — инициативе по созданию трёхмерных носителей на стеклянных пластинах, где информация записывается с помощью сверхбыстрых фемтосекундных лазеров для архивного хранения. Разработкой этой технологии компания занимается с 2019 года.
Как следует из статьи 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 дверок для духовых шкафов. В рамках экспериментов исследователям из Microsoft удалось сохранить 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 применение 16 и более лучей, что теоретически обеспечит скорость от 263,6 Мбит/с. Это соответствует примерно 33 МБ/с, что всё ещё значительно медленнее 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 создан способ, сокращающий число лазерных импульсов, требуемых для формирования одного вокселя, — с множества до всего двух.
Кроме того, исследователи разработали новую разновидность хранения данных в стекле, основанную на фазовых вокселях, где изменяется фаза света, а не его поляризация. Для создания такого фазового вокселя необходим всего один импульс. Несмотря на то, что фазовые воксели демонстрируют более высокую подверженность межсимвольным помехам, эту проблему удаётся успешно решать с помощью классификационных моделей, построенных на алгоритмах машинного обучения.
«Основным архитектурным выбором для перспективной системы Silica становится решение между двулучепреломляющими и фазовыми вокселями… Качественное формирование двулучепреломляющих вокселей возможно лишь в стеклах из высокочистого кварца, тогда как фазовые воксели могут записываться практически в любой твёрдой прозрачной среде, например, в боросиликатном стекле», — пояснили в компании.
Помимо уменьшения количества лазерных импульсов, нужных для записи информации на стеклянные пластины, в Microsoft также добились увеличения числа одновременно записываемых вокселей. Это стало возможным благодаря сочетанию математической модели, учитывающей нагрев стекла до и после записи, с многолучевой системой доставки импульсов, что существенно подняло скорость передачи данных. Специалисты также внедрили новый неразрушающий оптический способ 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 доказали, что наши усовершенствования обеспечивают сохранность данных свыше 10 000 лет в обычных условиях. Таким образом, полученные результаты указывают на то, что Silica способна стать архивным решением для цифровой эры», — резюмировала компания.
Впрочем, заявлений о готовности вывести технологию на рынок сделано не было. Блэк лишь отметил 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:
