Возможное будущее оптических носителей: 10 ТБ, 600 лет, один диск +26





Что такое дискеты, юное поколение может уже и не знать. И винить их не стоит, ибо данный тип носителей информации уже давненько устарел, а на его место пришли другие. К примеру, оптические диски. Эти носители появились довольно давно, по меркам скорости развития технологий, однако до сих пор используются повсеместно. Зайдя в магазин электроники, мы увидим на полочках диски с видеоиграми, фильмами, операционными системами и программным обеспечением. Однако последние годы все больше и больше развивается такой способ распространения как цифровая дистрибуция (например, Steam или PS Store). Проще говоря, зашли на сайт «магазина», выбрали продукт, заплатили и после этого пошел процесс загрузки прямиком на носитель информации, встроенный в ваше устройство. Выходит оптические диски и тут начинают уступать? Выходит, что так. И простые обыватели, и дата-центры пользуются сейчас SSD (твердотельными) и HDD накопителями. «Будущее за SSD», говорят одни. Но с этими высказываниями не согласны ученые из университета RMIT (Мельбурнский королевский технологический университет) и технологического института WIT (Wuhan Institute of Technology), разработавшие оптический диск на 10 ТБ, способный хранить данные 600 лет. Ученые назвали эту технологию — нано-оптическая память для долгих данных. Что это за новинка, в чем ее особенность, и нужна ли она миру — мы сейчас попробуем разобраться. Поехали.

Что вдохновило на этот проект?

Общий объем данных в мире растет с каждым годом, и растет он в геометрической прогрессии. Компания IDC проанализировала положения дел в 2016 году и выразила свое видение будущего инфосферы Земли в 2025. Цифры, представленные в этом докладе, поражают.

По мнению IDC общий объем данных в 2025 году составит 163 ZB, что в 10 раз больше объема образца 2016. «Эволюция» данных будет ощутима не только в количественном, но и в качественном показателе.


Рост общего объема данных с 2010 по 2025 год, IDC co.

На данный момент львиную долю информации (примерно 60%) генерируют конечные пользователи. К 2025 году основными генераторами данных будут коммерческие организации, что приведет к возникновению новых инструментов расширения их возможностей, а также к необходимости введения новых методов управления этими данными.

Также аналитики IDC утверждают, что будет наблюдаться рост данных не развлекательного характера. Также изменится и процентное соотношение данных по степени их важности. 20% станут критически важными, а 10% — сверх критически важными.

Развитие IoT (Интернет вещей) также сильно повлияет на инфосферу Земли, поскольку по прогнозу в 2025 году среднестатистический человек будет контактировать с устройствами, подключенными к сети, примерно 4800 раз в день. Данные, полученные от таких устройств, будут занимать 20% общего информационного фона планеты.

Более подробные данные и анализ вы можете увидеть в самом докладе компании IDC

Почему именно оптические диски?

Прежде всего, отвечая на этот вопрос, ученые обращают наше внимание на то, что в последнее время наблюдается увеличение внимания не на «большие» данные, а на «долгие», которые позволяют формировать новые идеи и разработки благодаря анализу данных, полученных в реальном времени, и собранных за десятилетия или даже за столетия. Долгие данные могут предложить дата центрам более выгодные (с точки зрения затрат энергии и финансов) решения.



Энергоэффективность может возрасти в 1000 раз, поскольку будет меньше потребляться электроэнергии на охлаждение, необходимое для жестких дисков. А замена носителей будет проводиться значительно реже. Также, по словам ученых, оптические диски куда более безопасны, по сравнению с жесткими дисками.


Профессор Мин Гу

Вот что говорит профессор RMIT и ведущий исследователь проекта Мин Гу:

Пока оптические технологии позволяют увеличить объем, самый продвинутый оптический диск может служить не больше 50 лет. Наша технология позволит создать оптический диск с большим объемом, в сравнение с ныне имеющимися оптическими технологиями, и наши тесты показали, что он будет работать более пол тысячелетия, а также его можно будет производить массово.
На данный момент у проекта есть реальный соперник — Blu-ray диск, способный работать в течение 1000 лет. Однако его объем ограничен в 100 GB. В то время как проект Мин Гу — диск объемом в 10 ТВ.

Какова основа технологии?

Основной материал для будущего диска сильно отличается от используемых сейчас — это золотая наноплазменная гибридная стеклянная матрица. Дабы сформировать данную матрицу требуется применение золь-гель процесса, позволяющего использовать химические вещества-прекурсоры для создания стекла с более высокой степенью чистоты и однородности.

Основным плюсом стекла является его долговечность, вплоть до 1000 лет. Однако стекло обладает ограниченной внутренней емкостью, то есть данные будут жить долго, но их будет мало. Посему исследователи решили соединить стекло с каким-то органическим или неорганическим материалом, что в итоге увеличило емкость, но почти вдвое сократило срок службы.

В качестве дополнительного материала было выбрано золото, поскольку оно такое же прочное и долговечное, как и стекло.

Золотые наностержни диаметром 10 нм были получены с использованием мокро-химического синтеза.

Золь-гель процесс при комнатной температуре позволяет без спекая вводить наностержни в стеклянный композит без изменения формы наночастиц, тогда как переход формы от стержня к сфере может быть использован для записи информации. Использование неорганических материалов увеличивает модуль Юнга в области вокруг наностержня, что увеличивает срок службы, поскольку таким образом избегается нежелательная деградация формы за счет теплового воздействия окружающей среды. Для этой цели золотые наностержни были помещены в стеклянный композит, состоящий из органических (полиэтиленгликоль) и неорганических (диоксид кремния) компонентов. Полученная смесь была помещена в печь, нагретую до температуры 313 К = 39.85 C, на 1 неделю. Данная температура значительно ниже температуры плавления золотых наностержней.



На изображении (а) показано, что поверхность золотого наностержня полностью и без разрывов покрывается гибридным стеклянным композитом.

На изображении (b) продемонстрированы модули Югра при различном соотношении органики и неорганики в стеклянном композите. При увеличении неорганической составляющей, модуль Юнга также возрастает ввиду сильной химической связи диоксида кремния. Самый высокий модуль Юнга при 90% неорганического материала в композите составляет 29 ГПа, что примерно половина от показателей кварцевого стекла (72,4 ГПа).

Изображение (с): Важным фактором увеличения срока службы является продолжительность существования формы наностержня. Дабы изменить форму нового материала необходима дополнительная энергия активации наностержней, что позволит им преодолеть эластичную потенциальную энергию, связанную с увеличением модуля Юнга при расширении матрицы. Таким образом, увеличение эффективной энергии активации значительно увеличит срок существования формы золотого наностержня, в соответствии с законом Аррениуса.

После получения готового образца, его необходимо было проверить. Было проведено несколько тестов, среди которых: тест на нано-воздействие, тест чтения/записи данных, тест старения.

Тест на нано-воздействие

Данный тест был направлен на вычисление модуля продольной упругости (модуль Юнга) материала, полученного в лаборатории. Для этого использовались образцы с девятью точками воздействия, расположенными в виде матрицы 3х3 (расстояние между точками 3 мкм). Сила нагрузки увеличивалась от 0 до 800 мкН в течение 5 секунд. Далее сила воздействия наоборот уменьшалась от 800 мкН до 0 в течение 5 секунд. Также сила в 800 мкН постоянно воздействовала на точки в течение 10 секунд.

Чтение/запись

Процедура чтения/записи проводилась с использованием конфокального микроскопа с длиной волны фемтосекундного лазера — 820 нм и частотой повторения — 80 МГц. Луч лазера был сфокусирован на образец через маслянистую жидкость (метод иммерсии) с апертурой 1.4. Данные записывались с использованием растовой развертки. Время экспозиции каждой точки данных составляет 25 мс. Чтение проводилось путем обнаружения флуоресцентных сигналов наночастиц золота с помощью фотоэлектронного умножителя. Базовый уровень процесса чтения\записи остается неизменным на протяжении столетий.



(а) — сопоставление флуоресцентных изображений (данных) в разные периоды чтения\записи (срок службы: 0 лет, 200 лет, 400 лет и 600). Масштаб: 10 мкм.
(b) — Объемная оптическая память данных с двумя состояниями поляризации в трех слоях, расположенных на расстоянии 1,5 мкм. Красная стрелка указывает направление поляризации лазерного луча.
(с) — Четырехуровневая карта памяти оптических данных. Масштаб: 10 мкм.

Старение

Дабы имитировать старение образец поместили в печь при температуре 453 K (179.85 C) на 3 часа, что соответствует 600 годам при комнатной температуре.

Все тесты показали очень хорошие результаты, которые, к сожалению, мне не удалось найти (страница с дополнительной информацией касательно тестов на данный момент не работает).

Эпилог

Группа ученых, занимающаяся данным проектом, более чем уверена в его успехе и в его важности.
Синтез наноплазмонического гибридного стеклянного композита, основанный на золь-гель процессе, совместимым с методом spincoating (вращательного покрытия), прокладывает путь к масштабному массовому выпуску новых оптических дисков. Этот проект может стать первым кирпичиком в основе будущего оптических долгих данных на века вперед, что позволит раскрыть потенциал понимания долгих процессов в астрономии, геологии, биологии и истории. Он также открывает новые возможности для высоконадежных оптических носителей, которые смогут пережить экстремальные условия (высокая температура или высокое давление).
Чего-чего, а веры в свое детище команде Мин Гу не занимать. Хоть проект еще на стадии разработки, тестирования и «полирования», он имеет огромный потенциал. Если будущий супер-диск (по другому его и не назовешь) будет обладать всеми обещанными и запланированными свойствами, он может на полном серьезе устроить революцию в сфере носителей информации. Заменят ли новые оптические диски HDD и SSD? Крайне сложный и спорный вопрос. Ибо ни одна из этих технологий не стоит на месте и постоянно выдает что-то новое. Что-то способное конкурировать с соперниками. В любом случае, кто бы ни стал единоличным «королем» носителей, сам процесс исследовательского соперничества принес много плодов как миру науки и технологий, так и обществу. Ибо в любом споре рождается истина.

Ознакомиться с докладом исследовательской группы вы можете по ссылке

Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас оформив заказ или порекомендовав знакомым, 30% скидка для пользователей Хабра на уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле? Только у нас 2 х Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $249 в Нидерландах и США! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?

Вы можете помочь и перевести немного средств на развитие сайта



Комментарии (33):

  1. LazyCrazy
    /#10706601

    было выбрано золото, поскольку оно также прочное и долговечное, как и стекло.

    Возможно, не очень удачный перевод — а может и не самое удачное сопоставление.

  2. a2v
    /#10706659

    Насколько я понимаю — главная проблема сейчас не в том, чтоб записать побольше данных (тут разных экспериментальных технологий более чем хватает), а в том, чтоб сделать это быстро, а потом ещё быстрее считывать.

    • Zet_Roy
      /#10707595

      А в чем проблема? Нужно ставить не один лазерный считыватель а сотни и за несколько десятков оборотов вся инфа будет прочитана с диска.

      • arheops
        /#10709793

        Ну смотрите. Скорость чтения указана. 25мс.
        Емкость 10Тб. Допустим, нас устраивает запись за 10часов.
        Получаем, писать надо 763549 ячеек одновременно. Тоесть надо иметь нужное количество систем фокусировки лазеров.

    • Ilya81
      /#10709299

      Думаю, не совсем. Разные технологии создали два вида накопителей — одни — оперативные данные, начиная от файловых систем ОСей. Вторые — условно говоря, архивы, начиная от резервных копий, т. е. сами данные важные, но не требует частого доступа. Для первых SSD вне конкуренции, а вторые пока что остаются за HDD, и вряд ли SSD в этой области преуспеет в обозримом будущем. Вот в этой области оптическая запись может однажды заменить магнитную, которая мало где ещё нынче применяется.

      • arheops
        /#10709801

        Архивы остаются за лентами все еще. HDD это промежуточное сейчас.

        • Ilya81
          /#10710771

          Полагаю, что основная причина в сложности плотной магнитной записи на вращающийся диск, из-за чего HDD почти нереально сделать особенно надёжными. Теоретически оптическая запись может потеснить и те, и другие. Не знаю точно, из-за чего не прижились упомянутые ниже в комментариях флуоресцентные диски, не исключаю, что есть сложность записи, ибо в CD/DVD, если не путаю, оптически выполняется чтение, а запись — термически. Возможно, именно какие-то усовершенствования технологии записи позволят оптическим накопителям потеснить магнитные.

  3. jrthwk
    /#10706773

    «Флуоресцентный многоуровневый диск (FMD) — формат оптического носителя, разработанный компанией «Constellation 3D», использующий флуоресценцию вместо отражения для хранения данных. Форматы, основанные на измерении интенсивности отраженного света (такие как CD или DVD), имеют практическое ограничение в 2 слоя хранения данных, главным образом, из-за эффекта интерференции. Однако использование флуоресценции позволяет работать, соответствуя принципам объёмной оптической памяти и иметь до 100 слоёв. Они позволяют вместить объём до 1 Тб при размерах обычного компакт-диска. „

    2000 год, ога…

  4. SchmeL
    /#10706989

    Так были уже давно анонсированы кварцевые диски, которые тоже вроде как вмещают много и долго хранят, только вот не видно их что-то… А вообще для архива что-то подобное нужно уже сейчас. Не давно вот решил диски свои разобрать 5-7 летней давности, в итоге RW диски — 80% не читаются. R диски — в 30% случаев не прочитались. На двух приводах тестировал. Печаль все это…

    • ni-co
      /#10707137

      У меня прочитался СD с пираткой Win NT3.5, записанный в далеком 96 году. :)

      • terra-slav
        /#10707739

        Не путайте промышленно-штампованные диски и нарезанные болванки. Последние портятся намного быстрее.

        • ni-co
          /#10707771

          Скажу больше. Резанная, последние десять лет лежала на неотапливаемой зимой даче. Болванка золотого цвета, пять долларов вроде стоила.

  5. AllexIn
    /#10707069

    Мой отец мечтает о такой диске.
    Чтобы свои архимы музыки и сканы книг по математике сохранить.
    Считает, что копирасты в ближайшее время прикроют всё и книги просто негде будет взять, потому что не переиздаются, купить нельзя, а скачка тоже запрещена.
    Приходится его расстраивать, рассказывая, что в потребительском сегменте никогда не будет ничего такого.
    Потому что нет запроса от пользователей, нет запроса, значит нет массовости, нет массовости, значит заоблачная цена.

    • Geos87
      /#10707135

      Тоже как то задался вопросом сохранения архивов хотя бы на 30-50 лет, чтоб положил, не трогаешь и не платишь — вывод — нет шансов.

      • markmariner
        /#10709181

        Ну есть ленточные системы хранения.

      • Barabas79
        /#10709269

        Ленточные системы хранения?
        Дорого конечно за само устройство, но цена хранения зато невысокая.

    • ploop
      /#10707979 / +1

      Считает, что копирасты в ближайшее время прикроют всё и книги просто негде будет взять, потому что не переиздаются, купить нельзя, а скачка тоже запрещена.
      Умный мужик ваш отец, я бы прислушался… :)

    • mikelavr
      /#10708965

      Во первых существуют библиотеки книг — например flubista, и ее можно скачать одним архивом, целиком. И обновлять раз в год, например.
      Во вторых, проблема решаема достаточным количеством дубликатов на актуальных носителях, и перезапись на новые носители по мере устаревания старых.
      Собственно, у меня так и сделано — есть автономный архив книг (300 GB), музыки (3 TB), и фильмов (7 TB) на HDD. Устаревший архив на CD/DVD переехал на дачу, и не выбрасывается. Где то внутри него есть архив, переписанный с дискет 5.25" :-).

      • ankh1989
        /#10711403

        Это всё же костыль. Решение это биткоин-подобная архитектура хранения подобных каталогов (книг, фильмов, музыки).

        • sumanai
          /#10711525

          Биткоин тут зачем, для модного словца? Когда такой архив понадобится, уже не будет сети, где можно выкачать повреждённый контент. Нужно всё хранить у себя.

    • Inanity
      /#10709063

      А как же M-disk? Я, конечно, понимаю, что там не терабайты, но M-DISC Blu-ray — 25 ГБ.

      • rPman
        /#10710541

        Их цена в розницу мягко говоря не радует, лучше постоянно обновляемой библиотеки на основе простых жестких дисков, которые откладывают в сейф вместо компакт дисков, я не могу себе представить.

        p.s. M-DISK есть и 100гб, но как я уже сказал, цены там не линейны от размера.

  6. rPman
    /#10707125

    Домашние условия это не тепличные условия датацентров и сейфов, это значит постоянные колебания температуры, из статьи не понятно, как диски переживут колебания в 20 градусов на интервале -10 +30.

    Так и не понял, что нужно чтобы записать данные на диск, это происходит только в момент его создания или же возможна запись на готовый диск R или даже RW? Ни слова о скорости записи (полагаю с чтением тут особых проблем нет, обычная оптика и лазер).

    Нужен как воздух способ хранения данных на десятилетия, для домашнего потребителя, дешевле покупки жесткого диска. Современные оптические доверия не внушают (BR), уже накушались. Ленточные требуют дорогие устройства чтения/записи, да и сами картриджи не на много дешевле обычных HDD при цене за гигабайт, а удобство использования ужасно.

    Единственный доступный и дешевый способ, использование оптических дисков с резервированием и плановой перезаписью на новые диски. Т.е. архивом нужно рулить.

    Но емкость дисков радости не добавляет, хотелось бы обычный оптический, пусть даже с маленьким сроком хранения (годы) но терабайты, дешевле HDD в десять раз.

  7. Newbie2
    /#10707255

    Помнится, в начале двухтысячных много производителей оптических болванок заявляли о сроке службы своих дисков в 100 лет. Результаты хранения все уже увидели.

    • NewStahl
      /#10708951

      >заявляли о сроке службы своих дисков в 100 лет
      И не врали. Готов поспорить что любая такая болванка, при хранении в тёмном безвоздушном помещении при температуре 5-8 градусов Цельсия, легко прочитается и через 100 лет.
      :)

  8. zaq1xsw2cde3vfr4
    /#10707471

    Старая добрая байка как Ходжа Насреддин учил осла разговаривать.
    На практике никто не отменял диффузию в твердых телах. В лучшем случае лет 20 данные протянут. Как писали выше мы уже прочувствовали обещания с CD/DVD дисками

  9. kvarkicn
    /#10707835

    «Мы нагрели диск на три часа, что соответствует 600 годам» — какое-то странное утверждение.
    Какая-нибудь ложка, например, легко выдержит нагрев до 200-300С на пару часов, но за несколько лет просто скорродирует. Как они увязали нагрев и старение?

  10. nehrung
    /#10708001

    Дело не только в домашних архивах — куда важнее служебные, особенно те, которые облаку не доверишь. Помнится, в ельцинские годы видел ТВ-сюжет о работе президентской администрации (это учреждение тогда было куда более открытым). И в финале там было показано, как в конце рабочего дня специально назначенный человек переписывает все накопившиеся за сутки рабочие материалы на DVD, а диск сдаёт в архив. Я ещё подумал — на какой срок хранения они там рассчитывают, и у какого поставщика покупают болванки? В самом сюжете ответа на эти вопросы, естественно, не было, но вопрос сохранности данных был актуален уже и тогда.
    Интересно, изменилась ли эта процедура (и в чём именно) в нынешней администрации. Например, не перешли ли они (в связи с ростом объёма документации) на BR-диски. Вообще интересно, каковы потребности госархивов в смысле объёмов и сохранности инфы, и как они удовлетворяются. Может ли быть такое, что по мере истечения гарантийного срока хранения, инфа переписывается?

    • Newbie2
      /#10708275

      Я так думаю — там по старинке, на ленты пишут.

  11. thomasRim
    /#10708697

    Очередная попытка внедрить голографическую память в массы.

  12. Andronas
    /#10709051

    Очередной оптический носитель? Это как с аккумуляторами каждый год новая технология а LiIon ни одна не победила.