Объем информации, генерируемой ежегодно, растет: так, сейчас человечество создает около 147 зеттабайт данных в год, а к 2025 году этот показатель может вырастет до 181 зеттабайта. Необходимость новых решений в хранении информации становится все острее, поэтому производители накопителей данных постоянно разрабатывают более емкие системы.
Но, возможно, стоит не только искать новые технологии, но и совершенствовать уже существующие. Новые исследования Чикагского университета и Аргоннской национальной лаборатории показали, что давно забытые CD и DVD могут обрести вторую жизнь. Использование квантовых дефектов и редкоземельных элементов позволяет многократно увеличивать плотность данных на оптических носителях. Возможно, что они смогут конкурировать с современными технологиями хранения. Справедливости ради стоит сказать, что вопросов к этой работе больше, чем ответов. Подробности — под катом.
Ограничения оптических дисков
Чтобы понять, что стоит за этим научным прорывом, давайте вспомним о лимитах CD- и DVD-носителей. Их основной недостаток — это лимитированная плотность данных, обусловленная дифракционным пределом света. Минимальный размер области для записи ограничен самой длиной световой волны. На CD используется 780 нм лазер и расстояние 1,6 мкм. В DVD дисках, где плотность записи выше, длина волны лазера — 635 нм, а шаг записи снижен до 0,74 мкм. Поэтому стандартный CD-диск может хранить всего около 700 Мб данных, а DVD — до 4,7 Гб на однослойном диске. Выйти за этот предел традиционными методами нельзя, мы уткнулись здесь в потолок самой технологии.
Преодоление ограничений и потенциальное решение проблемы долговечности
Возможно, из терниев можно отправиться к звездам. Недавние исследования показали, что интеграция редкоземельных элементов в оптические носители данных и создание «квантовых дефектов» могут кардинально изменить ситуацию. Квантовые дефекты представляют собой мельчайшие аномалии в структуре кристаллической решетки материала, способные поглощать и удерживать световые волны с определенными длинами. Исследователи предложили использовать для записи информации мультиплексирование длин волн, что позволяет хранить несколько бит данных на одной и той же площади диска. Принцип заключается в том, что разные участки носителя могут быть настроены на определенные длины волн, которые впоследствии считываются с большей плотностью информации.
Этот способ позволяет увеличить объем записываемых данных на носителе со значительным снижением размера последнего. В теории можно создать новый вид многослойного оптического диска, который вмещает в 1 000 раз больше информации, чем традиционные CD/DVD.
Эксперименты проводились с использованием оксида магния (MgO) с добавлением атомов редкоземельных элементов, которые могут поглощать и переизлучать свет на очень специфических длинах волн. При взаимодействии с квантовыми дефектами такие «излучатели» стабильно сохраняют информацию в спиновом состоянии, что делает систему перспективной для долговременного хранения данных.
Но это исследование нуждается в дальнейшей проверке. Команда ученых пока не определила, насколько долговечными будут такие носители данных в реальных условиях эксплуатации. Важно отметить, что многие квантовые технологии требуют криогенного охлаждения, а это невозможно и нерентабельно для массового внедрения. Представить себе привод для лазерных дисков, функционирующий при криогенных температурах, можно, конечно, но в реальности такая система станет работать лишь в лабораторных условиях и коммерчески применимой не будет.
Исследователи продолжают изучать стабильность таких систем и эффективность процесса передачи энергии между излучателями и квантовыми дефектами, применяя комбинацию классических физических методов записи информации и квантового моделирования.
Оптические диски нового типа имеют высокие шансы для работы в архивном хранении данных. Такие системы, при условии разработки коммерчески пригодной технологии, станут закупать для правительственных учреждений, научных центров и больших корпораций, которые нуждаются в хранении огромных объемов данных в течение десятилетий. В отличие от жестких дисков и SSD, подверженных износу и со временем просто выходящих из строя, накопители на базе квантовых эффектов более стабильны и пригодны для долгосрочного хранения информации.
Применение в реальных условиях: архивация и хранение данных
Новая технология, разработанная учеными, выглядит многообещающе, но остается много нерешенных вопросов. Еще предстоит определить, насколько долго квантовые дефекты могут сохранять данные в стабильном состоянии — этот момент ученые на презентации своей работы не осветили.
Но и здесь есть вопросы, ведь в исследовании нет деталей относительно конечной емкости таких дисков и возможности их многократной записи, аналогично современным перезаписываемым CD-RW и DVD-RW. Скорее всего, новая технология потребует специальных устройств для записи и считывания. Как они будут работать и какая у них цена хотя бы приблизительно, неизвестно.
Все это может повлиять на привлекательность нового метода для корпораций. Если технология и пойдет в ход, то для хранения «холодных» данных. Сложно себе представить массивы приводов для сверхъемких лазерных дисков, используемых для работы с «горячей» информацией в дата-центрах корпораций. И конечно, это не бытовая технология, в домашних условиях вероятность ее использования стремится к нулю.
Перспективы новой работы ученых могут показаться далекими, но понимание принципов работы квантовых дефектов стало важным шагом на пути к дальнейшему прогрессу в области хранения данных. Ну а случится революция или нет, покажет только время.
В целом, тут есть что обсудить, так что если есть желание, расскажите о своем мнении в комментариях.
Комментарии (15)
codecity
06.11.2024 07:18Как то уже отвыкли. Ранее хранили фильмы на дисках - а сейчас мы их просто не храним - все онлайн как бы (либо за платно в хорошем качестве либо бесплатно в сносном).
Проекты, книги, музыка, софт, дистрибутивы ОС - не так уж много места занимают, современные SSD и HDD вполне справляются, тем более что нет геммора с изменением инфы.
Т.е., по сути, нужно только людям, которые профессионально работают многотерабайтными архивами данных и где цена за терабайт критически важна.
alferiusgmailcom
06.11.2024 07:18Проблема CD/DVD в деградации металлической поверхности через достаточно короткий промежуток времени.
Nikolyrus
06.11.2024 07:18Это детские болезни первых изделий и не качественной продукции в дальнейшем. Особенно это относилось к CD. DVD так уже не работает. Там луч отражается от измененой структуры в массиве самого диска
ss-nopol
06.11.2024 07:18Детские болезни первых изделий и не качественной продукции в дальнейшем.
Проблема в том что CD, а потом и DVD позиционировали изначально как надёжное хранилище данных чуть ли не на сотню лет. Когда выяснилось что данные без видимых причин и достаточно случайно теряются безвозвратно даже при аккуратном хранении (и даже у самых раскрученных производителей), популярность их для архивации резко упала.
Nikolyrus
06.11.2024 07:18Ненадо путать штампованные диски и самописные - как небо и земля. У меня музыкальные си-ди, купленные в начале 90-х досих пор играют без проблем. Лицензионные dvd , преобретенные немного позже ( те диски, где один диск, один фильм, плюс ещё дополнительная информация) воспроизводится по сей день, а двд в которых по несколько фильмов да ещё и с двух сторон постепенно ушли в утиль. CD-R записанный в 1998 году, читается без ошибок по сей день. Правда диск на то время был не из дешёвых - Verbatim, синяя подложка. Зато позже появилось такое количество марок и нонеймов, большинство которых также ушли в утиль. В итоге на тот момент, да и сейчас, неполная коробка стоит, выбор сделал в пользу DVD-R. Verbatim со слоем металл-азо.
Javian
06.11.2024 07:18Некоторое время тоже думал, что диски не читаются, потому что плохие. Пока не выяснил, что проблема была в приводе, который плохо стал читать не только записанные DVD+R, а и диски с драйверами. И которые отлично прочитались в другом приводе.
Wizard_of_light
Забыли про Blu-ray.
Format-X22
HD-DVD ещё был. А ещё двухслойные диски. А ещё фактически данных можно записать больше, просто там буфферы.
Nikolyrus
В свое время Blu-ray ассоциация со своими ценовыми и маркетинговыми играми перегорели ситуацию с внедрение в широкие массы рынка и покупатель в основе своей перешагнул через блурей из dvd в подешевевшие к тому времени флеш технологии. Сейчас блурей тихо уходит с рынка, как диски так и приводы, хотя двд-диски нет, нет да и покупают