Редактор «Гиктаймс»
802,0
рейтинг
11 июля 2013 в 15:43

Кварцевый диск сможет хранить информацию миллион лет



(a) Установка для записи информации состоит из фемтосекундного лазера, пространственного модулятора света (SLM), линз Фурье (FL), полуволновой фазовой пластинки (λ/2 M), дихроматического зеркала, иммерсионного объектива 1,2 NA, образца кварцевого стекла и платформы. (b) Цветовые коды матрицы с полуволновой фазовой пластинки, впечатанные в кварцевое стекло для контроля поляризации.

Учёным из университета Саутгемптона впервые в мире удалось успешно записать и считать информацию из пятимерного носителя (5D) в кварцевом стекле.

В силу своей прочности и химической инертности кварцевое стекло — уникальный носитель информации. Диск из кварцевого стекла потенциально может вместить до 360 терабайт информации, при этом выдерживает температуру до 1000°C и имеет практически неограниченный срок хранения.

В «кристаллах памяти» из плавленого кварца информация записывается в пяти измерениях: координаты в 3D-пространстве, ориентация и размер. Два последних параметра контролируются с помощью поляризации и интенсивности лазерного луча.

Во время эксперимента в кристалл был успешно записан текстовый файл объемом 300 килобайт. Файл записан с помощью фемтосекундного лазера с длиной волны 1030 нм, импульсами по 8 микроджоулей продолжительностью 280 фемтосекунд с частотой 200 кГц, с помощью выжигания в кристалле точек, слоями на расстоянии 5 мкм друг от друга (1 микрометр — одна миллионная метра) на глубине 140 мкм от поверхности кварцевого стекла.


Записанные данные в трёх слоях, приближение 60х

Для демонстрации технологии запись была осуществлена двумя разными способами: 1 бит в точке, на иллюстрации — (b) справа, и 4 бита в точке, на иллюстрации (b) слева.

Использование пространственного модулятора света и полуволновой фазовой пластинки позволяет избавиться от подвижных компонентов в записывающей установке.

Выжженные точки меняют оптические характеристики кристалла и поляризацию проходящего через него света, что можно обнаружить с помощью оптического микроскопа и поляризатора. Именно такая комбинация приборов используется для считывания информации. Во время эксперимента использовался оптический микроскоп Olympus BX51 с системой измерения двойного лучепреломления


Кварцевый диск с записанной информацией

Медленная, но долговечная память нового типа может найти применение для резервного копирования информации. Особенно в компаниях, которые способны купить фемтосекундный лазер за $100 тыс.

Научная работа “5D Data Storage by Ultrafast Laser Nanostructuring in Glass” (pdf) представлена на конференции по лазерам и оптоэлектронике (CLEO’13) в Сан-Хосе.
Анатолий Ализар @alizar
карма
682,6
рейтинг 802,0
Редактор «Гиктаймс»
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (74)

  • 0
    Я так понимаю это дозаписываемые накопители получаются? То есть можно потом «дозаписать» какую-либо информацию в пустое место в кристалл?
    • +2
      Так оно и на DVD, Blue-RAY и т.д. возможно (и технологически также неограничено), все зависит от конкретной реализации архитектуры файловой системы.
    • +1
      Если перемножить 8 мкДж на 360Тб, то мы получим выделение тепла в пять килотонн в тротиловом эквиваленте. Т.е. порядка миллиона кг условного топлива на ЗАПИСЬ ОДНОГО ДИСКА!
      • +3
        8·10-6 · 360·1012·8 = 2.30·1010 Дж, в сто раз меньше килотонны тротиллового эквивалента. Что, конечно, не делает число значительно менее внушительным. Ну и КПД лазера нужно добавить. И ещё при частоте повторения 200 КГц процесс записи 360 ГБ данный займёт минимум 450 лет.
        • 0
          ГБ или ТБ?
          • +1
            ТБ, опечатался. ГБ, стало быть, всего полгода.
      • 0
        На одну точку приходится 4 бита информации — 1 ТиБ записывается 241 точками. 1 точка — 8 мкДж, 241 точек — 244 Дж, что соответствует 1.5 тонны (1'513'668 г) условного топлива (4148 Дж/г), или же 1'760 кВт⋅ч, что по московским тарифам на электроэнергию, обойдется в почти 8 миллионов рублей, или же 243 тысячи долларов США на 1 ТиБ.

        Диск в 360 ТиБ — 87.5 миллионов долларов.
        • 0
          хм, по моим тарифам выйдет 1'760 кВт⋅ч * 1,70 ~ 3000руб
          • +1
            Извините, я посчитал по 4.50 руб/Вт⋅ч вместо кВт⋅ч, так что все цены должны быть в 1000 раз меньше — 8000 рублей, 243 доллара за тибибайт.
        • 0
          2 41⋅8 мкДж = 244⋅10-6 Дж, что примерно равно 17.6 МДж или 4.9 кВт⋅ч
          • 0
            Пост проклят арифметическим кретинизмом :)
            • 0
              Так, еще раз.

              1 точка — 4 бита. 1 байт — 8 бит — 2 точки. 1 ТиБ — 241 точек.

              Между точками — 5 мкм. Квадрат в 241 точек имеет сторону в приблизительно 1482911 точку, что дает сторону квадрата 7414550 мкм = 7.414550 м, и площадь порядка 55 м2/ТиБ.

              Энергия на запись одной точки — 8 мкДж, на запись 1 ТиБ (241 точек) — 244 мкДж ≈ 17592186 Дж ≈ 4.887 кВт⋅ч, что при цене 0.14$/(кВт⋅ч) дает 0.68$/ТиБ.

              Время на запись одной точки — 1/200 с, скорость записи 100 байт/с. Если писать в одно «сопло», запись 1 ТиБ займет 10995116278 секунд ≈ 348.65 лет.

              Соответственно, диск в 360 ТиБ будет иметь площадь в 19800 м2 (1.98 гектар), по затратам энергии обойдется в 244.8$, и записываться будет 125'513 лет.

              Вроде бы все правильно на этот раз?
  • +4
    Особенно в компаниях, которые способны купить фемтосекундный лазер за $100 тыс.

    Ну самые первые CD-ромы тоже стоили не мало. Так как собирались чуть ли не в ручную каждый. А как дойдёт до серийности, там уже цена более вкусная будет. Да и думаю что ещё провозятся не мало чтобы сделать более быструю запись.
    • +6
      В конце 80-х годов записывающие устройства CD стоили от 3000 до 10 000 долларов и продавались в составе больших и громоздких систем. Один CD-R диск продавался за $100.
      • +3
        Ещё не забываем, что тогда доллар стоил немного дороже, чем сейчас :)
        Технология получит развитие, если параллельно ей не придумают более простую и дешевую.
      • 0
        В конце 80-х годов...
        В конце 90-х я в школе своему учителю по информатике пытался доказать что на компакт дисках можно перезаписывать информацию, а он пытался меня убедить, что это «теоретически наввозможно». Пришлось найти журнал (вроде это был PC Magazine) и показать ему статью о технологиях перезаписываемых компакт дисков. Его удивлению не было предела.
        • 0
          У меня с учителем информатике был другого рода спор. В конце 90х, начала 20х. Учитель доказывала, что в следующем учебном году нам поставят «пентиум 20(двадцать)». За доказательство этого заблуждения, удалось получить, в начале года, автомат на весь год вперёд.
          • +1
            Это хороший, честный учитель. Я одной так «доказал» и получил три на экзамене в универе.
    • –2
      Архивы фотографий котиков на кварцевом накопителе… Насколько востребована будет эта технология для широкого круга масс — вот что интересно.
      Данные потеряют свою историческую ценность — это точно.
      • +4
        Наверное потеряют актуальность или коммерческую ценность, а историческую ценность скорее приобретут.
      • –1
        Я помню как мы с другом фапали на 1 гиговый хдд на рабочем компе. Сейчас домашним винтом на 1 терабайт никого не удивишь. :)
        Посмотрите на ту же моду фильмов в ХД качестве. Раньше фильмы на 1 СД влазили. Сейчас в ХД по 40гб бывают.
        • 0
          Не надо так. Влезали.
          • +3
            Помещались.
      • 0
        Обязательно будет востребована. Вот телевизоры с 4к уже в продаже. Через пару-тройку лет будет вам 8к. Закон Мура в силе. Кодеки хоть и прогрессируют, но всё же заметно отстают.
  • +5
    Хорошее решение для хранения очень большого количества данных, например для библиотек или видео студий и т.д.
    В НФ часто такое решение упоминается и используется! Возможно скоро дело дойдет и до настоящего применения.
  • +52
    Вы уж меня извините, но зачем портить хорошую заметку этой желтизной? вас в детстве укусил журналист?
    Кварцевый накопитель на 360 ТБ сможет хранить информацию миллион лет

    Читая такой заголовок, я подразумеваю что уже создан какой то кварцевый накопитель и теоретически, он может вместить 360тб, а оказывается что всего лишь
    удалось успешно записать и считать информацию из пятимерного носителя (5D) в кварцевом стекле.

    то есть о накопителе и речи нет. Даже технология еще не отработана в лабораториях, а вы тут же пишете
    Диск из кварцевого стекла потенциально может вместить до 360 терабайт информации

    Какой диск, для болгарки или размером девяти этажное здание? Опять же это пресловутое «5D».
    Еще раз извините, просто накипело.
    • +14
      Bro, это же Alizar, ему можно.
      • +12
        Он может и главный желтушник на Хабре, но не единственный, кроме него есть еще парочка. Все дело в том что, порой пишут о интересных вещах, но насыпят туда кучу желтухи, что аж читать противно.
    • +6
      Коллега, а ничего, что там даже фотография приложена — кварцевый диск с записаной информацией? Вас это никак не смущает? Диск там очевидно поменьше, чем от болгарки.
      • +1
        Так там и данных не 360 Тб, а 300 кб. Меня, например, размеры пятна (данные же в этом месте записаны?) удивили.
    • +2
      Но и вы меня уж извините. Заголовок оригинальной публикации «5D Data Storage by Ultrafast Laser Nanostructuring in Glass», цититую «information encoding would be realized by means of two birefringence parameters, i.e. the slow axis orientation (4th dimension) and strength of retardance (5th dimension)», оттуда же «parameters including 360 TB/disc data capacity» (правда с отсылкой к другим статьям).

      Я сам большой противник желтизны, но тут если претензии и предъявлять за формулировки, то к авторам публикации.
    • 0
      я мог ошибиться где-то в расчетах. 5 мкм — шаг точек, в каждой точке по 4 бита. Т.е. на 1мм^2 можно записать 200х200х4 = 160 Кбит или 20 КБайт данных, т.е. 300 КБайт будут занимать 15мм^2. 360 ТБайт соответственно будут занимать примерно 18000 м^2 = 1.8 гектара! Такая большая площадь получается из-за большого шага точек. Для сравнения в CD расстояние между дорожками примерно 1.6мкм (лазер 780нм, плотность записи 0.6 МБит/мм^2), у DVD 0.74мкм (лазер 640нм, плотность записи 4.3 МБит/мм^2), у Blue-ray 0.32мкм (лазер 405нм, плотность записи 22.8 МБит/мм^2). Для лазера (1030нм), который используется в статье, можно было взять шаг точек 2 мкм, тогда бы плотность записи составила бы 500х500х4 = 1Мбит/мм^2, т.е. чуть лучше чем CD.

      Откуда взято 360ТБайт мне тоже не понятно.

      P.S. Данные брал отсюда.
      • 0
        Скорее всего, этот записанный файл в 300 КБ — просто Proof of Concept, а все накинулись на него так, как будто это уже финальный образец технологии. Наверняка оптимизацией плотности, затрат энергии и скорости записи просто еще не занимались.
  • 0
    Одна компания купила, «расшарила» — и профит! И почтой рассылать. Будет куда свои «облака» сливать, если место кончится у гугля.
  • +1
    Пятимерный? Это как? Мы пишем на проекцию в 3-мерное пространство? :D
    • –3
      Это «пятиэтажный». Но так не звучит.
    • 0
      Примерно как «5D кинотеатр», звучит солидно )
    • +8
      Условно пятимерный — кроме стандартных XYZ, точку можно еще описать ее размером и поляризацией.
      • 0
        Каждая точка и так имеет координаты на плоскости (дорожка, сектор, ...), только Z и может меняться. Или имеются в виду ∆X ∆Y ∆Z от предполагаемого расположения точки на диске? Но это ведет к уменьшению плотности записи, не?
        • 0
          Приводит к уменьшению записи только если у вас есть фемтосекундный лазер с еще большей точностью чем заявленый. Просто, скорее всего 5 мкм это здесь технологический потолок и чаще никак нельзя.
          Другими словами если мы можем «выжигать» на расстоянии только 5 мкм друг от друга, и не меньше, но интенсивностью можем изменять диаметр до 2,5 мкм, то увеличиваем тем самым «плотность» записи (место используется все равно почти полностью).
      • +3
        По такой терминологии виниловые стерео грампластинки тоже пишутся в 4D пространстве.
        XY + в каждой точке варьируется глубина и отклонение (левый и правый канал) :)
        • 0
          XY в виниловой пластинки можно преобразовать в t — расстояние от начала дорожки в единицах времени.
          • +3
            Ну если так рассуждать, то и «пятимерный» носитель из статьи тоже можно вытянуть в одномерный — байты-то у нас одномерным потоком в итоге идут.
            • +1
              Верно, любое дискретное хранилище логически одномерно.
    • 0
      Нет, речь идёт не о пятимерном измерении пространства, а о просто пятимерном измерении, т.е. о пяти различных измерениях (замерах) каких-либо величин. Ниже в статье даётся пояснение:
      В «кристаллах памяти» из плавленого кварца информация записывается в пяти измерениях: координаты в 3D-пространстве, ориентация и размер.

      Т.е. всего пять различных измерений:
      1. измерение положения участка в пространстве по оси X;
      2. измерение положения участка в пространстве по оси Y;
      3. измерение положения участка в пространстве по оси Z;
      4. измерение ориентации участка;
      5. измерение размера участка.
  • 0
    Есть ощущение, что технологии хранения развиваются в двух противоположных направлениях — быстрые, менее надёжные, менее объёмные (SSD) и медленные, надёжный и ОЧЕНЬ объёмные (недавно был пост про запись информации в ДНК).

    Интересно, а почему нету «золотой середины»?
    • +4
      А посередине как раз жесткие диски.
      • 0
        Какая-то не серединная середина.

        Максимальная ёмкость — всего 4 гигабайта.

        Жёсткие диски — скорее лидер по третьему параметру — по стоимости.
        • 0
          Максимальная ёмкость — всего 4 гигабайта.

          Это вы о чём?
          • +7
            О терабайтах.
  • –3
    image
    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
  • 0
    100к сегодня, 10к через 2 года, 1к через 5 лет. Вспомните, сколько первые CD-R системы стоили? :)
    • 0
      Все знают, но я просто оставлю это здесь.
      • 0
        По этой картинке выходит, что в последние 8 лет прогресс существенно замедлился по сравнению с предыдущими годами.
      • 0
        Гигабайт flash памяти за $0.10, это где такая халява?
        • +1
          В прошлом году были, не затарились?
  • 0
    Амазон накупит себе таких лазеров и будет предлагать услугу — записи с серверов и отправку по почте. Каждому такой лазер покупать необязательно.
  • 0
    Может пригодиться для бэкапов Интернета для потомков. Или генетического кода.
    • +1
      Генетический код до потомков и так по идее должен дойти. Проще записывать только мутации.
      • +3
        Типа инкрементного бэкапа?
  • +3
    "… при этом выдерживает температуру до 1000°C..."

    А если надо информацию уничтожить, то придется топать до Ородруина.
    • +3
      Думаю достаточно будет молотка.
  • 0
    Если мне не изменяет память, CD тоже вначале подавались как очень долговечные, но потом жизнь показала, что это совсем не так.
    • +1
      Они и сейчас являются очень долговечными, но только если качественные и хранятся и эксплуатируются в правильных условиях: темное-сухое-прохладное место, никаких деформаций, никаких механических повреждений, пылинок, паров посторонних веществ, идеально бережный привод для считывания и т.д. Т.е. это условия, которые мало кто хочет/может создать и продолжительное время поддерживать.
    • 0
      Штамповки долговечные — первые диски до сих пор читаются. Читались, год назад точнее. А вот CD-R уже через год-два начинают глючить, особенно дешевые. А потом с них вообще покрытие отваливается.
      • 0
        > А вот CD-R уже через год-два начинают глючить, особенно дешевые. А потом с них вообще покрытие отваливается.

        Ага, недавно расчищал старые завалы, так у них прямо в руках покрытие отваливалось кусками.
        И не скажу, кстати, что болванки какие-то особо дешевые были (но им и не год, а лет 5-6 было).
        По поводу штамповок — у них другая проблема — сама основа диска мутнеет, особенно на очень старых (фактически, им лет 9 уже где-то) заметно.
  • 0
    Зачем им фемтосекундный лазер, интересно.
    • –1
      • –1
        Так с фемтосекундным лазером диффракционного предела достичь сложнее из-за дисперсии в оптике (у них широкий спектр).
      • 0
        длительность импульса и длина волны разные вещи
        • 0
          coceg и enclis: господа, прошу прощения, я прочитал «фемтосекундный» как «фемтометровый».
    • 0
      Для требуемого изменения структуры кварца необходимы короткие импульсы. Но скорее всего именно фемтосекундный лазер использовался, потому что такой был в лаборатории, все остальные лазеры в лаборатории не подходили для этих задач.
      • 0
        Да, вы правы. Пишут, что изменения структуры за счет нелинейных процессов, а значит ультракороткие импульсы все же нужны. Похоже, до реального применения для записи еще далеко. Считывать, с другой стороны, гораздо проще.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.