Забудьте про хрупкие жесткие диски — Microsoft научилась намертво вплавлять терабайты данных в обычное стекло

Инженеры гарантируют, что архив проживет 10 тысяч лет без единой перезаписи.

Кусок обычного жаропрочного стекла, похожего на то, что ставят в дверцы духовок и используют в кухонной посуде, теперь подходит для записи данных на терабайты. Microsoft рассказала о новых результатах проекта Project Silica : команда научилась кодировать информацию не только в дорогом кварцевом стекле высокой чистоты, но и в боросиликатном, которое массово выпускают и легко найти. В статье, опубликованной 18 февраля в Nature, исследователи описали, какие улучшения в записи и считывании позволили перейти к более доступному материалу и почему срок сохранности данных они оценивают в 10 тысяч лет.

Project Silica развивается с 2019 года и долго упирался в носитель. Ранние версии технологии требовали плавленого кварца, то есть очень чистого диоксида кремния. Его сложно и дорого производить, плюс он доступен не везде. Боросиликатное стекло другое дело: оно прочное, устойчиво к резким перепадам температуры и давно стало бытовым стандартом. Переход на него важен не как символический шаг, а как попытка убрать две самые практические преграды, цену и доступность материала.

В работе приводят конкретные цифры. На стеклянную пластину размером 2 на 120 миллиметров записали 4,8 терабайта данных, это примерно 200 фильмов в 4K. Информацию распределили по 301 слою внутри стекла, то есть запись идёт не по поверхности, а в толще материала. Скорость составила 3,13 мегабайта в секунду. Это заметно медленнее, чем у привычных накопителей: жёсткие диски обычно пишут около 160 мегабайт в секунду , а твердотельные накопители могут выходить на тысячи мегабайт в секунду, в тексте приводится ориентир около 7000. Но сравнение по скорости здесь вторично. Авторы подчёркивают другой параметр: обычные HDD и SSD в среднем служат около 10 лет, а стеклянный носитель рассчитан на долгий архив, где важнее сохранить данные без регулярной перезаписи.

Отсюда и контекст, зачем вообще нужна такая технология. Мы производим всё больше информации, и часть её должна лежать десятилетиями или даже веками: архивы исследований, медиатеки, культурные фонды, юридические документы. Обычные носители для этого неудобны, их приходится постоянно обновлять и переносить, потому что они изнашиваются, устаревают, меняются форматы и оборудование. Поэтому параллельно развиваются альтернативы, где ставка делается на стабильность материала, например решения на стекле и керамике. В Microsoft ранее обсуждали идею сохранить музыкальные записи в норвежском Global Music Vault. В тексте также упоминается отдельный прогресс в хранении данных в ДНК : по данным авторов, 360 терабайт можно уместить в цепочке длиной около 0,8 километра.

Цифровой контроль неизбежен. Подпишитесь на нас

Дальше начинается механика записи. Внутри стекла лазером создают микроскопические метки, по которым потом можно восстановить информацию. Эти метки называют вокселями. Проще всего представить воксель как пиксель, только не на плоском экране, а внутри объёма. Получается крошечный участок в толще стекла с заданными оптическими свойствами.

Один из методов основан на двулучепреломлении. Это эффект, когда материал по-разному преломляет свет в зависимости от поляризации. Лазер формирует в стекле структуру, которая начинает вести себя иначе при прохождении света, и по этому отличию можно закодировать биты. Раньше для формирования таких вокселей использовали два лазерных импульса. Теперь команда описывает подход с псевдоодиночным импульсом: один импульс после разделения по поляризации фактически работает как два, позволяя формировать два вокселя вместо одного. В результате схема упрощается и появляется возможность ускорять запись.

Вместе с этим исследователи продвинули параллельную запись. Система может создавать много вокселей почти одновременно и на близких расстояниях. Запись перестаёт быть строго последовательной, когда лазер делает метку, затем перемещается к следующей и повторяет процесс. Параллельность даёт рост производительности именно за счёт количества меток, которые появляются за один и тот же промежуток времени.

В статье описан и новый тип меток, фазовые воксели. Здесь информация кодируется не через поляризацию, как в случае с двулучепреломляющими метками, а через фазовый переход, то есть через изменение состояния материала под действием энергии и давления. Для такой записи достаточно одного импульса. Отдельно отмечается, что под фазовые метки понадобился новый метод считывания, и команда показывает, как извлекает данные именно из такого формата.

Самый сложный вопрос, долговечность. Проверить срок в 10 тысяч лет напрямую невозможно, поэтому используют ускоренные испытания старения. В статье говорится, что исследователи научились находить признаки деградации вокселей внутри стекла и совместили этот подход со стандартными методами ускоренного старения, когда образец подвергают повышенным нагрузкам, чтобы быстрее увидеть, как он меняется со временем. По результатам таких проверок команда делает вывод, что данные должны оставаться читаемыми как минимум 10 тысяч лет.

Дальнейшие планы выглядят прагматично. Исследователи хотят ускорять запись и чтение, в том числе за счёт улучшения лазеров, и параллельно пробовать разные составы стекла, чтобы подобрать материал, который лучше всего подходит для такого формата. Сейчас главное достижение в том, что носитель перестал быть экзотикой из дорогого сырья: запись показали на широко распространённом боросиликатном стекле, а это приближает технологию к реальным архивным системам.