Microsoft Research zaprezentował działający system zapisu danych w szkle, który według testów ma zapewnić trwałość przez ponad 10 000 lat. Project Silica łączy femtosekundowe lasery, mikroskopię kontrastowo fazową i sieci neuronowe, oferując gęstość przekraczającą 1 Gb na mmł. To propozycja dla archiwów, które myślą w kategoriach stuleci, a nie dekad.
Jak działa zapis w szkle?
Szkło to cała grupa materiałów, a odpowiednio dobrane mieszanki borokrzemowe cechują się wysoką stabilnością chemiczną i termiczną oraz odpornością na wilgoć i zakłócenia elektromagnetyczne. Z punktu widzenia archiwizacji to cechy pożądane.
W Project Silica dane są zapisywane w postaci tzw. wokseli, trójwymiarowych punktów w materiale. Do ich tworzenia wykorzystywane są femtosekundowe lasery, emitujące impulsy o czasie trwania rzędu 10⁻¹⁵ s. Tak krótkie impulsy pozwalają precyzyjnie modyfikować strukturę szkła w bardzo małej skali i zwiększać gęstość zapisu.
Zespół Microsoft opracował dwa podejścia. Pierwsze wykorzystuje dwójłomność, czyli zmianę sposobu załamywania światła w zależności od jego polaryzacji. Odpowiednio ukształtowany woksel może przyjmować wiele stanów, co pozwala zapisywać więcej niż 1 bit informacji w pojedynczym punkcie. Drugie podejście polega na zmianie energii impulsu lasera i modulowaniu efektu refrakcyjnego. Jest prostsze sprzętowo, ale oferuje mniejszą pojemność.
Odczyt odbywa się przy użyciu mikroskopii kontrastowo fazowej. System skanuje kolejne warstwy szkła, a obrazy są analizowane przez konwolucyjną sieć neuronową, która rozpoznaje subtelne różnice między wokselami. Strumień danych jest dodatkowo zabezpieczony kodem korekcji błędów typu LDPC, znanym z sieci 5G.
Źródło: Microsoft Research
4,84 TB w jednej tafli, ale zapis wciąż jest wąskim gardłem
Pojedyncza tafla szkła o wymiarach 12 cm na 12 cm i grubości 2 mm może pomieścić do 4,84 TB danych. W wariancie uproszczonym około 2 TB. Gęstość przekracza 1 Gb na mmł, ale największym ograniczeniem pozostaje szybkość zapisu. w tej chwili system z czterema laserami osiąga 66 Mb na s, więc zapisanie pełnej tafli może zająć ponad 150 godzin. Microsoft zakłada możliwość skalowania liczby laserów, co poprawiłoby wydajność, jednak na dziś mówimy o rozwiązaniu eksperymentalnym.
Testy przyspieszonego starzenia wskazują, iż dane zapisane w szkle borokrzemowym mogą przetrwać ponad 10 000 lat w temperaturze pokojowej. Co istotne, nośnik nie wymaga energii do podtrzymania danych. To przewaga nad centrami danych opartymi na taśmach czy dyskach, które wymagają stałej infrastruktury.
Archiwa przyszłości czy niszowe rozwiązanie?
Microsoft wskazuje na potencjalne zastosowania w archiwach narodowych, instytucjach badawczych czy projektach generujących ogromne ilości danych, jak radioteleskopy. Przykładowo Square Kilometre Array ma archiwizować setki petabajtów rocznie. W takim scenariuszu potrzeba byłoby jednak setek tysięcy tafli i wielu równoległych systemów zapisu.
Project Silica nie zastąpi więc klasycznych centrów danych w codziennych zastosowaniach, ale może jednak stać się elementem długoterminowej strategii ochrony zasobów cyfrowych, zwłaszcza tam, gdzie kluczowa jest trwałość liczona w tysiącleciach oraz brak kosztów energetycznych przechowywania.
Publikacja wyników w czasopiśmie Nature podnosi wiarygodność projektu, ale do komercjalizacji pozostało długa droga. Sama koncepcja może być jednak rozwiązaniem problemów z rosnącym zapotrzebowaniem na trwałe archiwa w epoce eksplozji danych, a szkło, materiał znany od tysięcy lat, może okazać się jednym z filarów cyfrowej pamięci cywilizacji.
