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微软玻璃硬盘问世:单片75G像素级存储,千年质保期

北极蚊子 2019-11-11 13:42

书籍容易腐烂,照片终将褪色,CD 和硬盘的寿命不过数年,那么有没有更好的数据存储介质呢?

图 | 这块 75 毫米 x 75 毫米 x 2 毫米的玻璃上储存了 1978 版《超人》电影。约 75.6GB。(来源:微软)

微软公司(Microsoft)找到了新的数据储存方式。该公司和华纳兄弟公司(Warner Bros.)合作,将 1978 版的《超人》存储到了一块玻璃中,数据多达 75.6GB。这是玻璃硬盘从概念到落地的实践。

2 毫米厚、100 多层的玻璃硬盘

图 | 华纳兄弟档案高管 Brad Collar 和华纳兄弟首席技术官 Vicky Colf 展示同一部电影在胶卷与玻璃存储的对比。(来源:微软)

这块玻璃为杯垫大小,75 毫米 x 75 毫米 x 2 毫米。微软使用红外激光将电影数据解码为三维像素(voxels),存入玻璃后,其中的数据可以机器学习来进行解码读取。

与数字硬盘存储方式不同,玻璃硬盘是激光通过在玻璃不同的深度和角度上创建一层三维纳米光栅和变形进行数据编码存储,读取数据则需要机器学习算法来解码在偏振光透过玻璃时产生的图像和图案。

其编码和解码原理是,飞秒激光(发出超短光脉冲且通常用于治疗近视的 LASIK 手术)会熔融玻璃形成与光偏振相关的纳米光栅结构,那么写入纳米光栅的点可以表示"1",而"0"则无需写入。此前澳大利亚斯威本科技大学课题组 James Chon 副教授及顾敏教授在 2009 年就用这个方法实现了数据储存,即在 5 个维度上实现信息编码,包括了光的偏振、波长以及 x、y、z 三个坐标等 5 个物理维度。

华纳兄弟通过将数字副本转换回模拟胶片并将其分成 3 个色彩分量(青色,品红色和黄色)分别将其转移到黑白胶片负片上,这就不会像彩色胶片一样褪色。

微软表示,一块 2 毫米厚的玻璃可以包含 100 多个数据层。每一层都由激光写入的纳米光栅组成,然后机器学习算法在它们之间跳转以对其进行解码。

更保真,更保质

图 | 华纳兄弟公司的胶片冷藏库,需要恒温、恒湿,还要时常检测有无化学分解。(来源:微软)

长期以来,华纳兄弟在寻找能够长期储存那些无需经常访问的"冷"数据。该公司目前在温度和湿度受控的冷库中用胶卷来保存巨量的影视数据,时不时还要用探测器检测有没有化学分解,同时其存储数字档案的固态硬盘需要每 3 年迁移一次,以避免电子衰减而丢失数据。这个过程代价高昂。华纳兄弟还作了多手准备来防备数据存储事故,比如要应对地震或飓风来袭,还要防止火灾和洪水破坏胶片。他们准备在世界各地放置 3 个拷贝,2 份为数字副本,1 份为原始素材拷贝。微软的二氧化硅项目让他们看到了一劳永逸存储数据的希望。

微软公司 CEO Satya Nadella 说,这个玻璃硬盘系统是一个崭新的冷存储系统。要知道,玻璃经过煮沸、烘焙和刮擦都无损其存储稳定性,因此数据可以保存数个世纪。此外玻璃存储不需要控制温度和湿度,这就大大降低了数据库的环保成本。

玻璃硬盘更保真。华纳兄弟档案高管 Brad Collar 说,如今电影拍摄为数字拍摄,需要将数字像素存储到胶片模拟介质中,这就损失了原有的像素,并且这是不可逆的,而玻璃存储则如同相机一样保留了原始像素。

与 CD 光盘相比,玻璃硬盘也有很大优势。CD 光盘只能以平面上的凹凸来储存"0""1",而玻璃可以三维阵列来实现高储存密度,那么以激光技术可以实现在 2 毫米玻璃中存储 100 多层三位像素。

另外,玻璃存储通过光学读取器来访问数据,速度也更快机器学习算法可以迅速进行数据定位然后归位,大大减少提取信息的延迟,而光盘、磁带则需要时间来找到读取位置。

微软这个项目名为二氧化硅项目(Project Silica),微软研究院是负责部门。作为科技公司巨头,微软公司希望玻璃硬盘能满足数据长期存储的需求。

大数据存储

图 | 微软的光学科学家在检查激光写入设备。(来源:微软)

自 2009 年科学家提出可以用光学写入透明材料来存储数据以来,科学家就盯上了玻璃。

玻璃存储研究是微软公司与英国南安普顿大学(the University of Southampton)合作开展的,后者于 2013 年开发了利用飞秒技术进行玻璃存储数据的技术。

除了电影,有很多数据值得"冷"存储。比如患者一生的医疗数据、法律合同、能源勘探的地质信息、图书馆数据、档案馆数据以及城市规划等等。

目前只是微软开发玻璃硬盘的开始,这项技术仍然需要成熟。数据的读写速度和密度需要提高,成本需要下降,以及技术的可扩展性也要提高。

不过其应用空间巨大。威斯康星大学麦迪逊分校电子及计算机工程系副教授喻宗夫说,历史上有一种方法能经过长时间尺度的考验,那就是洞穴石头上的刻画,但现在我们数据如此多,如何系统快速刻在石头上是一个难题。那么选择刻入玻璃是个很聪明的选择。因为透明,可以利用激光在三维尺度上刻字,极大增加了储存量。"最近我们研究发现玻璃里的三维结构还可以进行智能计算。有储存,有计算,也许玻璃可以组成一个经得住时间考验的计算机了,这很有意思。"(喻宗夫提及的智能玻璃指的是他们发明的用来识别数字的玻璃,详见

喻宗夫认为,保存时间是玻璃硬盘最大的优势,只是其读和写会比较慢、也比较贵,可能不适合普通消费者对储存的需求。

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