5d диски для вечного хранения терабайтов данных доклад

Обновлено: 08.07.2024

5d диски

В 21-м веке быстро растет необходимость в хранении и доступе к данным. Интернет все больше и больше привлекает все виды информационных технологий, делая жизнь быстрее, информативнее и удобнее. Однако сейчас частные лица и организации создают большие наборы данных, которые не могут обрабатываться или храниться на одном компьютере. В связи с чем мы остро нуждаемся в более эффективных формах хранения данных, которые имеют высокую емкость, низкое энергопотребление и длительный срок службы. И все это стало возможным, благодаря такому изобретению как 5d диски.

В последнее время исследователи добились многообещающего прогресса в создании оптической памяти большой емкости, которая хранится не десятилетия, а, возможно, миллиарды лет. Команда из Университета Саутгемптона в Великобритании, продемонстрировала новые оптические 5D-диски для вечного хранения данных, на основе сверхбыстрых лазерных наноструктур.

Отличие 5D-дисков от других накопителей

Недавно разработанные 5D- диски для хранения данных используют оптическую технологию хранения с помощью двойного лучепреломление в качестве дополнительной степени свободы — свойство среды, в которой ее показатель преломления изменяется в зависимости от поляризации и направления падающего света. Двойное лучепреломление, обусловленное ориентацией и размером оптических наноструктурных решеток, предлагает два дополнительных измерения, обеспечивающих гораздо более высокую емкость хранения. За счет записи данных с более плотной фокусирующей оптикой и светом с более короткой длиной волны можно достичь пространственного (3D) уплотнения, аналогичного уплотнению на дисках Blu-Ray, с размером углубления менее 200 нанометров. В сочетании с четвертым и пятым измерениями, достигнутыми двулучепреломлением, которые позволяют одной ячейке хранить восемь бит (один байт) информации, а не единицу, возможно создать 5D-диски для вечного хранения терабайтов памяти на одном диаметре 12 см. диска. Поэтому совершенствование технологии хранения данных станет важным шагом на пути сохранения цифрового века для будущих поколений.

Срок службы 5D-памяти составляет 1020 лет при комнатной температуре, что указывает на беспрецедентную стабильность среди всех методов. Помимо преимуществ мультиплексирования, 5D-оптические данные, основанные на наноградиентах, также могут быть стерты и переписаны, что является двумя ключевыми характеристиками при рассмотрении вопроса о хранении данных.

Как работают 5D-диски

Взрыв в цифровой информации — это запись человеческой цивилизации 21-го века, точно так же, как древнее наскальное искусство, резные фигурки и печатные издания дают представление о древней истории. Но эти жизненно важные данные находятся под угрозой потери, поскольку современные технологии хранения все чаще сталкиваются с проблемой емкости и срока службы. Поэтому крайне важно, чтобы информация из каждого сектора, от образования и развлечений до здравоохранения и правительства, хранилась как минимум тысячи лет.

Вы можете обсудить эту статью на нашем форуме, достаточно нажать на кнопку ниже.

В 1965 году один из основателей компании Intel Гордон Мур сформулировал закон, согласно которому число транзисторов, размещенных на кристалле интегральной схемы, будет удваиваться каждые два года. Последние 50 лет этот эмпирический закон выполнялся достаточно хорошо, однако в последние годы рост производительности электроники замедлился. Это касается не только компьютерных процессоров, но и самых популярных сейчас элементов долговременной флеш-памяти.

Фактически технология создания традиционной флеш-памяти достигла своего физического предела.

Производители выпускают процессоры и устройства памяти с транзисторами размером 14 нм — это минимальная длина волны света, которая используется в процессе производства при облучении кремниевой пластины.

При этом долговечность флеш-памяти составляет несколько десятков лет. Время жизни современных оптических и магнитных дисков также ограничивается десятилетиями. Поэтому проблема создания долговечных носителей информации остается актуальной задачей современной электроники.

не только обеспечивает невероятно плотную запись цифровых данных, но и позволяет хранить эти данные очень долгое время — можно сказать, целую вечность.

Для реализации этой идеи в качестве накопителя данных использовалось кварцевое стекло. Под воздействием очень коротких лазерных импульсов в стекле создавалась необходимая многослойная самоорганизующаяся наноструктура. Такие импульсы называют фемтосекундными, их длительность равна одной квадриллионной (одна миллионная одной миллиардной) доле секунды.

Информация записывается с помощью трех слоев наноточек — вокселов (объемных пикселей), расположенных на расстоянии 5 микрометров (одна миллионная часть метра) друг от друга. Эти точки изменяют поляризацию света, проходящего сквозь диск, что позволяет считывать состояние структуры с помощью микроскопа и поляризатора — аналогичного тому, который используется в солнцезащитных очках Polaroid.

Такая технология позволяет разработчикам добиться огромной плотности записи: 360 терабайт данных можно записать на диск из кварцевого стекла диаметром несколько сантиметров. Для того чтобы записать такой объем информации, потребовались бы около семи тысяч современных 50-гигабайтных двухслойных Blu-Ray-дисков. Поскольку в качестве материала используется стекло, хранить данные можно будет при температуре до 1000°C. Долговечность такого накопителя составит, по прогнозам ученых, 13,8 млрд лет при эксплуатационной температуре в 190°C.

Астрономы не исключают вероятности того, что Солнце поглотит Землю приблизительно через 7,5 млрд лет — об этом сообщалось в статье, опубликованной в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Таким образом, никаких особых условий хранения, например низкой температуры, не предусмотрено. Новая память будет использоваться в основном для хранения больших массивов особо важных данных, например музейных архивов и библиотек.

Технология впервые была экспериментально продемонстрирована еще в 2013 году, когда текстовый файл размером 300 Кб был успешно записан в формате 5D.

Стеклянные диски, на которых были записаны тексты по технологии 5D. На диаграмме (не в масштабе) изображены точки микронного размера в которых находятся наноструктуры, хранящие информацию.

University of Southampton

Изобретение официально было представлено 17 февраля 2016 года на выставке SPIE Photonics West в Сан-Франциско. Вполне возможно, что планы создателей новой памяти смогут реализоваться и вся история мира будет записана на маленьком стеклышке.

Сотрудница физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Мария Котова, занимающаяся разработкой резистивной органической памяти, рассказала отделу науки: «Основная задача ученых, работающих в этой области, — создание недорогой, быстрой памяти с высокой плотностью записи и долгим временем хранения информации. Учеными из Саутгемптонского университета удалось решить одну из очень важных проблем в развитии технологии памяти — разработать прототип запоминающего устройства с очень высокой плотностью и скоростью записи информации и огромным сроком хранения данных.

Авторы исследования уже представили элемент памяти с записанной на нем Всеобщей декларацией прав человека на церемонии закрытия Международного года света и световых технологий в феврале 2016 года в Мексике. К настоящему моменту

В 1965 году один из основателей компании Intel Гордон Мур сформулировал закон, согласно которому число транзисторов, размещенных на кристалле интегральной схемы, будет удваиваться каждый год. Последние 50 лет этот эмпирический закон выполнялся достаточно хорошо, однако в последние годы рост производительности электроники замедлился. Это касается не только компьютерных процессоров, но и самых популярных сейчас элементов долговременной флеш-памяти.

Фактически технология создания традиционной флеш-памяти достигла своего физического предела.

Новый двумерный полупроводниковый материал может стать основой для сверхбыстрой электроники

На текущей неделе ученые из Центра оптоэлектрических исследований Саутгемптонского университета в Англии рассказали о новом материале, который не только обеспечивает невероятно плотную запись цифровых данных, но и позволяет хранить эти данные очень долгое время — можно сказать, целую вечность.

Разработчики называют эту технологию 5D-памятью, поскольку каждая единица информации (бит) имеет пять различных характеристик. Сюда относятся три пространственные координаты точек в наноструктуре, а также размер и ориентация — всего пять возможных параметров. Благодаря этому новая технология обеспечивает огромную плотность записи информации по сравнению с обычными компакт-дисками, работающими по технологии 2D-памяти.

Ученые из Саутгемптонского университета (Великобритания) продемонстрировали прототип перспективного носителя данных, который вмещает 5 Тб информации при размерах со старый компакт-диск. На самом деле, они могут записать на него и все 500 Тб, что в 10 000 раз больше, чем у стандарта Blu-ray. Однако в настоящее время нет подходящих методов для быстрого считывания и обработки таких объемов данных, но они непременно появятся в будущем.

Технология носит название пятимерной (5D) оптической памяти и использует световые импульсы для создания в толще стекла структуры наноразмера с заданными свойствами. Помимо трех линейных размеров они содержат информацию о поляризации и интенсивности потока света в момент их создания, то есть получается пять уникальных характеристик – отсюда и 5D. Впервые такую технологию применили для записи информации еще в 2013-м.

Помимо огромной плотности записи данных у этого метода есть второй весомый плюс – носители данных из кварцевого стекла практически вечны, не разрушаются со временем и выдерживают значительные нагрузки. За прошедшее время ученые существенно модернизировали технологию – в частности, ушли от применения дорогого и сложного фемтосекундного лазера. Сегодня записывать информацию можно и при помощи слабых световых импульсов за счет эффекта усиления ближнего поля. Затраты энергии при этом тоже существенно снизились.

Сейчас при помощи технологии 5D оптической памяти можно вести запись данных на скоростях порядка 1 000 000 вокселей в секунду. Это примерно 230 Кб или более 100 страниц текста, что позволяет обрабатывать огромные массивы информации за приемлемое время. А недостаток в виде невозможности столь же быстро прочесть эти сведения можно обратить в преимущество – применять такие носители не для оперативной работы, а в качестве архивов глобальных знаний, таких как библиотеки ДНК или коллекции музеев.

Читайте также: