Лазерный мир

Российские ученые по заданию Фонда перспективных исследований (ФПИ) разрабатывают «вечный диск» для хранения данных. Устройство из кварцевого стекла, которому не страшны огонь, вода и радиация, сможет хранить 1 Тб информации до 100 тысяч лет, в то время как современные носители в состоянии хранить данные — будь то государственные документы или семейные фото — в лучшем случае лет 60. И даже если забыть «вечный диск» где-нибудь на Луне на сотни тысяч лет, нашедший сможет посмотреть записанный на него фильм.

О текущем состоянии разработки и перспективах ее применения рассказал в интервью ТАСС Иван Глебов — руководитель лаборатории лазерного наноструктурирования стекла Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева — одной из лабораторий Фонда перспективных исследований.

— Что представляет собой «вечная флешка», над которой вы работаете?
— Наиболее близким определением для нашей разработки может быть «вечный архивный диск». Он представляет собой сверхстабильный носитель информации на основе стекла, наноструктурированного излучением фемтосекундного лазера, то есть лазера, генерирующего сверхкороткие, длительностью в десятки или сотни фемтосекунд, световые импульсы со сверхвысокой пиковой мощностью. Это официальное название проекта.

Мы создаем физический носитель, который мог бы сохранить записанную на него информацию в течение неограниченно долгого по нашим меркам времени

Если говорить простым языком — мы создаем физический носитель, который мог бы сохранить записанную на него информацию в течение неограниченно долгого по нашим меркам времени. Причем он должен защитить информацию от «чрезвычайных происшествий»: пожаров, радиации, электромагнитных волн.

Проект состоит из трех составляющих: носителя, технологий записи и считывания данных. «Диск» представляет собой кварцевое стекло в виде CD стандартного диаметра — 12 см, толщина — 1,2 мм, вес — 300 г. Запись осуществляется при помощи фемтосекундного лазера, считывание — на базе разработанной нашим соисполнителем НИИ «Полюс» установки динамического анализа двулучепреломления. Полученная на текущий момент скорость записи — не менее 36 Мбит/с, что эквивалентно Blu-Ray. Полученная скорость чтения — до 50 Мбит/с.

— Каков принцип работы диска?
— Принцип записи и считывания информации похож на принцип для оптических дисков (CD / DVD / Blue-Ray) — при помощи «записывающего» лазера в диске создаются хранящие информацию точки, аналоги питов в обычных оптических дисках. При помощи считывающего устройства данные передаются на приемное устройство, обрабатываются и поступают в компьютер в виде аудио-, видеофайлов, графических или текстовых данных.

— Зачем нужен «вечный диск», учитывая широкий спектр имеющихся в мире способов хранения информации?
— Человечество хранит информацию уже более 10 тысяч лет и на протяжении этого времени создает все новые носители информации: от стен пещер, листов папируса и клинописных табличек до магнитных и оптических дисков.

Но срок сохранности данных на современных носителях ничтожно мал даже в сравнении с печатными книгами или глиняными табличками. Если современным историкам удается извлечь информацию из найденных рукописей возрастом более 1000 лет, то историкам будущего извлечь информацию с современных носителей данных не получится.

Средний срок хранения информации на наиболее популярных носителях данных — жестких дисках (HDD / SSD), по заявлениям производителей, составляет не более 50 лет, на оптических дисках (CD / DVD / Blu-Ray) — не более 60 лет, на ленточных носителях (стримерах), по оптимистичным прогнозам, информация может храниться до 100 лет. Таким образом, сохранность информации, требующей архивного хранения от 100 лет, находится под угрозой. Возникает необходимость в регулярной перезаписи и обязательном резервном копировании информации, что, с одной стороны, многократно увеличивает стоимость хранения данных, а с другой — повышает вероятность потери части информации при переносе на новый носитель.

— Сколько времени сможет хранить информацию «вечный диск»?

В стандартных условиях хранения прочитать информацию с диска с минимальными ошибками можно будет даже через 100 тысяч лет

— Наш проект посвящен созданию носителя данных, способного хранить информацию более 10 тысяч лет: это дольше, чем прошло с предполагаемого времени строительства пирамиды Хеопса. В стандартных условиях хранения прочитать информацию с диска с минимальными ошибками можно будет даже через 100 тысяч лет. Кроме того, наш «вечный диск» будет способен выдержать пожар, потоп и даже длительный полет в условиях космической радиации.
— На каком этапе сейчас находится реализация проекта?
— Проект стартовал в 2015 году и был рассчитан на три года. Нашими целями были: разработка технологии записи / считывания информации на кварцевый диск, подбор и создание нужного материала носителя и, главное, подтверждение возможности достижения целевых технических показателей. Эти цели сейчас достигнуты.

Сейчас мы налаживаем контакты с потенциальными потребителями данной технологии и готовимся к старту опытно-конструкторской работы в 2018 году.

— Когда можно ожидать появления «вечного диска» на рынке?
— Мы планируем запуск пилотных проектов совместно с Российской книжной палатой, Российской государственной библиотекой, некоторыми государственными архивами уже к 2019 году, а к 2021-му планируется запуск опытно-промышленного производства для вывода «вечного диска» на коммерческий рынок.
— То есть основными потребителями новой технологии станут военные, госструктуры, архивы?
— У нас есть две концепции применения технологии. Первая — резервные фонды документации. Есть хранилища с резервными копиями особо ценных документов — государственных, культурных, научных, инженерных и т.д. Такие хранилища, в частности, есть на объектах повышенной опасности, например, химических предприятиях, атомных станциях. В случае аварии, теракта или войны эти фонды позволят восстановить данные. Сейчас в таких фондах информация хранится в виде микрофотокопий печатных документов, рукописных материалов или цифровых документов, которые могут погибнуть в том же пожаре. «Вечные диски» помогут решить эту проблему.

У нас есть две концепции применения технологии. Первая — резервные фонды документации. Вторая — «холодное» хранение данных

Вторая концепция — «холодное» хранение данных (data cold storage). Крупные IT-корпорации переходят на «температурное» деление хранимой информации: «горячие» данные доступны постоянно с высокой скоростью на SSD-носителях; к «теплым» данным обращаются реже, скорость доступа ниже и могут использоваться HDD-носители; к «холодным» данным обращаются очень редко, скорость здесь мало важна, главное — надежность и сохранность и низкая стоимость хранения.
Для «холодного» хранения данных многие IT-компании, например Facebook, используют оптические диски (DVD / Blu-Ray). Это экономит стоимость хранения данных, которые могут остаться невостребованными, к примеру миллионы фотографий без лайков, ведь для поддержания архива на оптических дисках не нужно тратить энергию постоянно, их просто нужно раскрутить в нужный момент. А вот SSD и HDD потребляют колоссальное количество энергии даже в режиме ожидания. «Вечные» стеклянные диски могут быть отличным решением для «холодного» хранения данных — «тонны» фотографий могут храниться в «вечной информационной мерзлоте».

Таким образом, главными потребителями «вечных дисков» будут архивы, музеи, библиотеки, госструктуры, армия, банки, предприятия госкорпораций, которым нужно хранить информацию повышенной важности: цифровые копии госдокументации, отчетности, библиотечные и музейные фонды. Также «вечный диск» будет широко востребован IT-компаниями, использующими «холодное» хранение данных. Прогнозируется, что к 2020 году в мире будет накоплено более 44 млн Тб (44 Зеттабайт) данных, то есть IT-компаний — потенциальных потребителей нашей разработки будет очень много.

— Будет ли носитель доступен на широком рынке? Сколько будет стоить?
— Мы создаем технологию хранения данных, которую однозначно нужно продавать. Уже сейчас, на этапе научного и инженерного исследования, нам поступают предложения о сотрудничестве как от госкорпорациий, так и от частных IT-компаний.

Стоимость самого носителя, как и стоимость устройств записи и считывания данных, сейчас определить сложно, потому что проект находится в стадии разработки технологии и прототипа. С другой стороны, цена изготовления кварцевого стекла по сравнению с другими оптическими материалами в разы ниже, а его производство налажено на ведущих стекольных предприятиях России. То есть сам по себе носитель информации будет сравнительно недорог в изготовлении и будет производиться в РФ. Можно предположить, что стоимость одного «диска» будет соразмерна со стоимостью современного съемного жесткого диска.

— Каков объем памяти этого носителя?
— На текущем этапе развития технологии мы достигли объема носителя 25 Гб, что аналогично DVD и Blue-Ray. Однако наши исследования показывают возможность увеличить плотность записи информации на этом носителе до 1 Тб, что недостижимо для других оптических дисков и является прерогативой переносных жестких дисков.

— Можно ли будет перезаписать информацию на «диске»?
— Тип разрабатываемого носителя — «однократная запись, многократное чтение» (WORM — write once read many), то есть он неперезаписываемый, что особенно важно для ответственных документов. Вы можете быть уверены, что данные никто не сотрет, не перезапишет и не изменит. Цифровые подписи или сертификаты, используемые для подтверждения тех или иных документов, также будут актуальны в течение всего времени использования носителя, их не нужно будет обновлять.

— «Вечный диск» сможет выдержать пожары, потопы и радиацию. А в каких условиях проводились испытания?
— Все физические ограничения по хранению информации обусловлены лишь пределами прочности материала, из которого изготовлен носитель. В отличие от DVD-, Blu-Ray-дисков, которые сделаны из соединенных между собой слоев пластика, или менее известного M-Disc, для которого производители постулируют срок хранения данных до 1 тысячи лет, разработанный нами «вечный диск» представляет собой монолитный диск из кварцевого стекла без каких-либо слоев. Информация в диске записана на наноуровне в структуре стекла.

«Вечный диск» представляет собой монолитный диск из кварцевого стекла без каких-либо слоев. Информация в диске записана на наноуровне в структуре стекла

Кварцевое стекло выдерживает высокую температуру, устойчиво к агрессивным химическим средам, на него не влияет электромагнитное излучение, которое с легкостью может вывести из строя жесткие диски. Нами проводились испытания дисков на прочность, сжатие, падение, устойчивость к высоким температурам и резкий перепад температур, радиационную и химическую стойкость. Если постараться, наш диск можно разбить, но, во-первых, эта проблема легко решается противоударным кейсом, во-вторых, такие диски не предполагается постоянно носить в кармане — они предназначены для стационарного использования.
Наш диск может находиться при температуре до 1000 градусов Цельсия в течение суток и с него можно будет считать информацию. Более того, наши исследования показали, что даже термоудар с перемещением диска из печи с температурой 900 градусов Цельсия в холодную воду не приводит к дефектам или значительным ошибкам при считывании информации. Это свойство очень важно при тушении пожаров, поскольку вследствие бытового пожара в закрытых помещениях физически разрушаются все известные носители информации, а данные с них полностью теряются. Это актуально для архивов, имеющих стратегическое значение, государственных и военных учреждений, где сохранность информации является доминирующей задачей.

Что касается радиационной стойкости, то диски выдерживают нахождение возле активной части реактора в течение суток, а химическая стойкость стекла на несколько порядков выше дисков DVD / Blu-Ray. Разработанный носитель информации можно будет отправлять в космические путешествия и быть уверенным, что данные останутся в сохранности неограниченно большое время в условиях повышенной радиации.

Проще говоря, такой диск может долгое время пролежать на поверхности Луны, а затем мы сможем посмотреть записанный на нем фильм. Данная разработка гарантирует, что вся история России и человечества будет записана на диске из стекла, можно сказать, навечно и никогда не исчезнет.

— Разрабатываются ли за рубежом устройства вечного хранения информации? Чем они отличаются от вашей разработки?
— Во всем мире сейчас разрабатываются различные носители данных, которые обеспечили бы долговременное хранение информации. Компания Microsoft исследует возможность хранения информации в ДНК, их коллеги, также из США, изучают процессы хранения данных в алмазе, однако большинство существующих разработок находятся далеко от полученных в нашем проекте результатов.

Схожая с нашей разработка — записью данных в кварцевом стекле — выполнялась в лаборатории компании Hitachi. Они обещали в 2015 году выпустить на рынок готовый продукт, однако до сих показали только небольшой кусочек стекла с несколькими битами данных. И это главное отличие подхода Hitachi от нашей технологии — плотность записи данных. На их носителе информация записывается в 3D-формате, мы же создаем многоуровневую (5D) оптическую память, где в каждой точке записываем не один, а не менее 3 бит информации.

Подробнее на ТАСС:
http://tass.ru/opinions/interviews/4170472