光存储介质正从CD和DVD向小方玻璃片发展

光存储介质正从CD和DVD向小方玻璃片发展。

磁带和硬盘驱动器保存着世界上大部分的档案数据。与其他记忆和存储技术相比，磁带和磁盘驱动器成本更低、更可靠，且属于非易失性存储，这意味着它们不需要持续的电源来保存数据。几十年来，文化机构、金融公司、政府机构和电影公司一直依赖这些技术，并将在今后继续这样做。

但是档案管理员可能很快就会有另一种选择，使用极快的激光将数据写入一片2毫米厚、大约相当于一张便利贴大小的玻璃片内，信息基本上可以永远保存。

2013年，英国南安普敦大学的研究人员展示了这种光学数据存储的实验。不久之后，这个团队开始与微软研究院的工程师合作进行“二氧化硅项目”（Project Silica）。2019年11月，微软将1978年的电影《超人》写在一小片玻璃上并成功读取，首次完成了它的概念验证。

通过这种方法，研究人员理论上可以在一张DVD大小的光盘内存储多达360太字节（TB）的数据。相比之下，松下希望有一天能在传统光盘内实现1TB的容量，而希捷和西部数据则计划在2026年前生产50至60 TB的硬盘。

国际数据公司预计，到2025年，全球产生的数据将从2018年的33泽字节（ZB）增加到175ZB。虽然只有一小部分数据会被存储起来，但今天的方法可能已经无法满足需求。康宁研发公司的首席技术专家瓦古伊•伊沙克（Waguih Ishak）说：“我们相信，人们对存储的欲望将迫使科学家去研究其他材料。”

微软的项目是该公司希望通过光技术提高云存储这个广义计划的一部分。研究存储方法的加州大学圣克鲁兹分校计算机科学博士生詹姆斯•拜伦（James Byron）说：“我觉得他们认为这是一种与（亚马逊网络服务）和其他云服务提供商不同的的潜在技术。”

不止微软一家公司，希捷首席技术官约翰•莫里斯（John Morris）表示，该公司的研究人员也在研究玻璃存储光学数据的潜力。他说：“挑战在于开发达到适当吞吐量的读写系统。”

向玻璃写入数据需要将飞秒激光聚焦在玻璃内的一个点上，飞秒激光脉冲速度非常快。玻璃本身就是一种熔融石英。它和哈勃太空望远镜的反射镜以及国际空间站的窗户用的是同一种极其纯净的玻璃。

激光脉冲使玻璃在焦点处变形，形成一个叫做体元的微小三维结构。衡量体元如何与偏振光相互作用的两个属性——延迟和偏振角度变化，可共同表示每个体元的若干位数据。

微软目前可以在一片玻璃内写入数百层体元。玻璃写入一次后可以读取很多次。“这是玻璃内的数据，而不是玻璃上的数据。”微软剑桥研究院实验室的首席研究员和实验室副主任安特•罗斯特隆（Ant Rowstron）说。

从玻璃读取数据需要完全不同的设置，这是这种方法的一个潜在缺点。研究人员向特定体元发出不同的偏振光，所有光波都在同一个方向上振荡，而不是在每个不同方向上振荡。他们用照相机捕捉结果。然后，机器学习算法会对这些图像进行分析并将其测量值转换为数据。

同为斯坦福大学电气工程副教授的伊沙克对这种方法持乐观态度。“我相信，在未来10年内，我们将看到一种全新的存储方式，它将使我们今天所采用的方式黯然失色。”他说，“我坚信，像熔融石英这样的纯净材料肯定会发挥重要作用。”

但依然存在许多科学和工程挑战。“写入过程很难做到可靠和可重复，也很难将创建体元所需的时间缩减到最短。”罗斯特隆说，“对于读取过程来说，如何利用玻璃的最小信号读取玻璃内的数据一直是个挑战。”

微软团队增添了纠错代码，以提高系统的准确性，并继续改进其机器学习算法，以实现读出过程自动化。虽然罗斯特隆拒绝分享写入速度到底是多少，但与开始时相比，该团队已经提高了几个数量级。

该团队也在思考将数据存储这么长时间意味着什么。罗斯特隆说：“我们正在研究和思考玻璃的‘罗塞塔石碑’（解释古埃及象形文字的线索，译注）是什么样的，帮助人们在未来破译它。”