Лазерный мир

Хранить данные сотни и тысячи лет — задача не из простых. Об этом хорошо знают кинокомпании, как например, Warner Bros. В ее архивах хранятся 750 тыс. киноэлементов, десятки (если не сотни) тысяч километров кинопленки. Они требуют огромного пространства, идеальных температурных условий — около 4 градусов по Цельсию. Microsoft взялась решить задачу вечного хранилища данных, поместив фильм в кусочек стекла.

Многие новые фильмы и телешоу снимают и транслируют в цифре. Для их хранения нужны жесткие диски или магнитные ленты. Медиафайлы становятся все тяжелее, для них нужно все больше емких носителей, срок службы которых зачастую не превышает 30 лет в самых продвинутых вариантах.

Запись на магнитную ленту по сей день остается актуальной для долговременного хранения данных

Именно поэтому Microsoft работает над вот этим кусочком стекла, который способен хранить данные сотни или даже тысячи лет и куда менее прихотлив к состоянию окружающей среды, температуре и влажности.

Фемтосекундные шрамы

Проект Silica родился в недрах подразделения Microsoft Azure. Это провайдер облачных услуг: предоставляет место на серверах своих дата-центров для разработчиков, выполнения приложений и хранения данных. Но у облаков есть проблема: кривые роста технологий вычисления, хранения данных и скорости доступа к ним, как ожидается, будут спадать. Инфраструктурные технологии были задуманы до облачной эры, а аппетиты пользователей облаков только растут. За этими аппетитами, как говорят эксперты, технологии уже не поспевают.

Одна из исследовательских лабораторий Microsoft в Университете Кембриджа работает над проектом Silica, ориентированным на долговременное архивное хранение данных с помощью их многомерной записи в кварцевое стекло фемтосекундными лазерными импульсами.

Фемтосекунда — это 10 в минус 15-й степени секунд. Очень быстро. Фемтосекундные лазеры благодаря коротким импульсам высокой мощности используются для микрообработки материалов — часто при производстве медицинских имплантов. С помощью фемтосекундных лазерных импульсов можно придавать новую внутреннюю структуру материалам на наноуровне без повреждения близлежащих слоев, на чем и сконцентрированы в проекте Silica.

Если вкратце, то исследователи берут кусок кварцевого стекла размером 75×75 миллиметров и толщиной 2 миллиметра. С помощью инфракрасных лазерных импульсов они кодируют данные внутри этих 2 миллиметров стекла, создавая там слои вокселей — трехмерных пикселей. Таких слоев в стекле толщиной 2 миллиметра может быть более сотни. То есть речь идет о наноструктурах.

Импульсы деформируют воксели на разной глубине и под разными углами путем изменения силы и ориентации. Внутри стекла появляются шрамы в виде перевернутых айсбергов, но только в масштабах нанометров.

Пять слоев информации в стекле

Чтобы все это после записи прочитать, подключают алгоритмы машинного обучения. Они декодируют те паттерны, рисунки, изображения, которые возникают, когда через стекло проходит поляризованный свет. Процесс записи и чтения небыстрый, но для начала разработки фундаментально важной технологии сгодится и так.

Громоздкая машина считывает данные со стекла. Фото: Jonathan Banks для Microsoft

Хрупкость и одни плюсы

При этом кварцевое стекло выдерживает кипячение в горячей воде, запекание в духовке при 500 градусах, нагревание в микроволновке, размагничивание или царапины на своей поверхности. Все это никак не сказывается на его внутренней

структуре. Но это стекло, заметит зритель, и оно может разбиться. Да, может. Хотя оно крепче обычного стекла, которое используется в бокалах или лампочках.

Исследователи в Кембридже утверждают, что, даже собрав осколки, они смогут прочитать нужную информацию. Правда, об осколках каких размеров идет речь, не уточняют. Но если создать надежные кейсы для хранения, то хрупкость стеклянных носителей не будет какой-то критической проблемой.

Куда важнее, что они не требуют каких-то специфических условий хранения: низких температур или определенной влажности, — а также не нуждаются в постоянном обновлении носителей. А это позволяет экономить на дата-центрах.

Ведь люди хотят хранить в облаках все — от тысяч семейных фотографий до миллионов электронных писем, чтобы получать к ним доступ в любое время и с разных девайсов. Подобные сервисы как-то незаметно, но глубоко проникли в наш быт. Хранить семейные снимки исключительно у себя на жестком диске домашнего компьютера может быть опрометчиво: железо не застраховано от поломок, а потерять дорогие сердцу воспоминания не хочет никто.

При этом стоимость долговременного хранения данных в облаке только растет, так как надо многократно переносить их на новые носители до того, как старые выйдут из строя или начнут сбоить. Жесткие диски, к примеру, могут изнашиваться всего за пять лет.

Супермен в стекле

Первое доказательство концепта проекта Silica уже есть на руках команды исследователей Microsoft. В партнерстве с медиакомпанией Warner Bros. они смогли успешно записать и считать с этого кусочка стекла культовый фильм «Супермен» 1978 года. В общей сложности на стекло уместилось более 75 ГБ информации.

И это только начало. В загашнике у компании еще многие километры пленок с историческими сокровищами, которые хотелось бы донести до потомков через сотни и тысячи лет: радиошоу военных 1940-х годов, короткометражные мультфильмы, телесериалы, кадры со съемочных площадок и еще куча всяких милых сердцу и ценных для понимания эпохи роликов.

В цифровых архивах Warner Bros. контент перетряхивают и переносят на новые носители и в новые форматы каждые три года, чтобы не допустить проблем с деградацией. При этом обычно существует по три копии наиболее важных данных. Мне было бы грустно осознавать, что я не смогу лет через 50 посмотреть сериал «Друзья», исходники которого были бы потрачены во время очередной миграции серверного оборудования.

С другой стороны, нужно понимать, что сейчас проект Silica находится на ранней стадии разработки. Инженеры и исследователи продолжают экспериментировать, им предстоит увеличить скорость записи и чтения данных, а также их плотность. Но уже сейчас они предупреждают, что не стремятся сделать потребительское устройство, которое будет работать в домашних компьютерах.

Стекло — это решение для облачных сервисов. Им нужен носитель, на который можно записать данные и отложить их на полку на сто или тысячу лет, пока они вам не понадобятся. Речь идет именно про архивные данные, к которым не нужно обращаться часто: например, медицинские истории пациентов, юридические контракты, данные геологической разведки, те же кинофильмы, документальные кадры и все в таком роде.

Подобное изобретение позволит значительно сократить расходы на обновление железа серверов, снизит энергозатраты и углеродный след дата-центров. Но все это история не ближайших нескольких лет.

Источник: https://tech.onliner.by/2021/06/03/nakopitel-na-tysyachi-let