[recovery mode] Возможное будущее оптических носителей: 10 ТБ, 600 лет, один диск

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 спекания 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 Юнга 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 чтениязаписи остается неизменным на протяжении столетий.

(а) — сопоставление флуоресцентных изображений (данных) в разные периоды чтениязаписи (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?