Оптическое хранилище 5D: 500 терабайт данных на тонком стеклянном диске

В век информации сложно хранить экспоненциально увеличивающийся объем данных. Поэтому оптическое хранилище с такими достоинствами, как низкое энергопотребление, длительный срок службы и высокая плотность записи — до сотен терабайт на диск, поможет начать новую эру в области хранения данных.

Нынешние технологии хранения информации не развиваются достаточно быстро, чтобы справляться с огромным объемом цифровых данных, генерируемых во всем мире. Чтобы удовлетворить постоянно растущий спрос на хранение данных, поставщики облачных услуг полагаются на такие технологии, как жесткие диски (HDD), магнитные ленты и оптические диски.

Однако недостаток жестких дисков —  высокое энергопотребление и небольшой срок службы, а высокое время отклика магнитных лент не позволяет их активно использовать. Более футуристическое хранилище данных на основе ДНК способно хранить сотни терабайт информации, но его долговечность ограничена. Оптическое хранилище данных — энергоэффективное решение с длительным сроком службы, но традиционная технология оптического хранения на компакт-дисках и DVD ограничена емкостью в сотни гигабайт для одного диска и сроком службы в десять лет.

Один из предыдущих оптических стеклянных дисков. Изображение: University of Southampton

Команда ученых из Саутгемптонского университета разработала новый метод записи данных на стекло с помощью лазера — он помогает хранить 500 терабайт информации на одном оптическом диске. В разработке используется метод, схожий с уже существующими оптическими носителями, но он позволяет хранить в 10 000 больше информации, чем диски Blu-ray. Новая технология подразумевает использование лазера, посылающего импульсы каждую фемтосекунду (одну квадриллионную долю секунды) для вытравливания микроскопических отверстий в стекле.

Авторы исследования, появившегося в Optica, называют свою разработку методом пятимерного (5D) оптического хранения данных, так как они использовали два оптических измерения, основанных на поляризации и интенсивности света, и три обычных пространственных измерения.

Фемтосекундный лазер с высокой частотой повторения ученые использовали не для записи непосредственно на стекло, а применили свет для усиления ближнего поля. Это помогло свести к минимуму тепловое повреждение, характерное для других подходов с использованием аналогичных лазеров. Крошечные отверстия в стекле формировались благодаря нескольким слабым световым импульсам, а не импульсным микровзрывам.

В ходе испытаний удалось записать 5 гигабайт данных на однодюймовый квадратный носитель из стекла. Считать эти данные получилось с точностью от 96,3 до 99,5%, но эти показатели можно повысить до 100% с помощью алгоритма исправления ошибок. При той плотности записи, которая доступна для нового метода, стеклянный диск способен вместить 500 Тбайт данных.

Авторы технологии применили свой метод, чтобы написать логотип университета и сделать отметку на стекле. Изображение: Yuhao Lei and Peter G. Kazansky, University of Southampton

Самая большая проблема новой технологии сейчас — это скорость записи. На запись 5 Гбайт ушло около 6 часов. По словам авторов разработки, если внести в нее небольшие изменения, то скорость записи может увеличиться в четыре раза. То есть с обновлением системы, подразумевающим параллельную запись с одновременной работой нескольких лазеров, 500 Тбайт данных получится  записать примерно за два месяца.

При этом новое хранилище очень прочное и может выдерживать высокие температуры, а это означает, что оно может существовать практически вечно.

В настоящее время основная задача ученых — увеличение скорости записи и работа над возможностью практического использования технологии, например, для хранения национальных архивов и других крупных массивов данных.