پژوهشگران مایکروسافت از فناوری ذخیرهسازی بلندمدت اطلاعات رونمایی کردهاند که میتواند ۴.۸ ترابایت داده را روی یک قطعه شیشه معمولی برای بیش از ۱۰ هزار سال ذخیره کند.
به گزارش سرویس سخت افزار تکناک، این فناوری که Project Silica یا Silica نام دارد، با استفاده از لیزرهای فوقسریع، اطلاعات را در صدها لایه داخل شیشه ذخیره میکند و میتواند جایگزینی بسیار بادوام برای هارددیسکها و نوارهای مغناطیسی باشد. نتایج این پژوهش در نشریه علمی Nature منتشر شده است و نشان میدهد که این سامانه از مرحله آزمایشگاهی فراتر رفته و اکنون به یک پلتفرم کامل برای آرشیو اطلاعات تبدیل شده است.
امروزه مراکز داده، سازمانهای دولتی، کتابخانهها، موزهها و شرکتهای بزرگ، حجم عظیمی از اطلاعات را برای سالها یا حتی دههها نگهداری میکنند. با وجود این، رسانههای ذخیرهسازی رایج مانند هارددیسکها، SSDها و نوارهای مغناطیسی، عمر محدودی دارند و به مرور زمان فرسوده میشوند. به همین دلیل، اطلاعات باید به صورت دورهای به تجهیزات جدید منتقل شوند؛ فرایندی که علاوه بر هزینه بالا، همواره خطر از بین رفتن یا آسیب دیدن دادهها را نیز به همراه دارد. پژوهشگران مایکروسافت معتقد هستند که با رشد سریع دادههای دیجیتال، نیاز به یک رسانه ذخیرهسازی بسیار پایدار و کمهزینه بیش از هر زمان دیگری احساس میشود.
فناوری Silica مایکروسافت برای ذخیره اطلاعات از پالسهای لیزری بسیار کوتاهی استفاده میکند که تنها چند فمتوثانیه، یعنی حدود یک میلیون میلیاردیم ثانیه، دوام دارند. این پالسها هنگام تمرکز روی یک نقطه بسیار کوچک درون شیشه، میدان الکتریکی بسیار قدرتمندی ایجاد میکنند که ساختار مولکولی همان نقطه را به صورت دائمی تغییر میدهد، بدون آنکه به بخشهای اطراف آسیبی وارد شود. نتیجه این فرایند، ایجاد نقاط بسیار ریزی به نام «وکسل» است. وکسل در واقع نسخه سهبعدی پیکسل محسوب میشود و امکان ذخیره اطلاعات را در عمق شیشه فراهم میکند.
برخلاف رسانههای ذخیرهسازی معمول که اطلاعات را تنها روی سطح خود ثبت میکنند، فناوری Silica دادهها را در صدها لایه مختلف داخل شیشه ذخیره میکند. همین ویژگی باعث میشود ظرفیت ذخیرهسازی به شکل قابل توجهی افزایش یابد و فضای فیزیکی بسیار کمی برای نگهداری حجم بزرگی از اطلاعات نیاز باشد. در نمونهای که پژوهشگران معرفی کردهاند، اطلاعات در ۳۰۱ لایه داخل یک صفحه شیشهای با ابعاد ۱۲۰ در ۱۲۰ میلیمتر و ضخامت تنها ۲ میلیمتر ثبت میشوند. ظرفیت این قطعه شیشه به ۴٫۸ ترابایت میرسد که معادل ذخیره حدود دو میلیون کتاب است.
اگرچه ایده ذخیره اطلاعات در شیشه موضوع تازهای نیست، اما پژوهشگران مایکروسافت بیان کردند که تفاوت اصلی Silica در کامل بودن این سامانه است. در دهه ۱۹۹۰، گروهی از پژوهشگران دانشگاه هاروارد به سرپرستی اریک مازور نشان دادند که لیزرهای فمتوثانیه میتوانند اطلاعات را به صورت دائمی درون شیشه ثبت کنند. سپس در سال ۲۰۱۴ نیز پژوهشگران دانشگاه ساوتهمپتون موفق شدند دادهها را روی شیشه کوارتز ذوبشده با طول عمر بسیار بالا ذخیره کنند. هرچند، این پروژهها بیشتر روی اصل فناوری متمرکز بودند و هنوز یک سامانه عملیاتی کامل برای استفاده در مراکز آرشیوی ارائه نکرده بودند.
به گفته تیم تحقیقاتی مایکروسافت، Project Silica نخستین سامانهای است که تمام مراحل مورد نیاز برای آرشیو اطلاعات را در کنار یکدیگر قرار داده است. این پلتفرم علاوه بر نوشتن اطلاعات، قابلیت کدگذاری، خواندن، رمزگشایی، تصحیح خطا، بررسی قابلیت اطمینان، اندازهگیری سرعت ذخیرهسازی، ارزیابی مصرف انرژی و آزمایش دوام بلندمدت را نیز در اختیار دارد. این موضوع باعث میشود فناوری Silica تنها یک ایده آزمایشگاهی نباشد، بلکه به یک راهکار عملی برای ذخیرهسازی طولانیمدت اطلاعات تبدیل شود.
یکی دیگر از مهمترین نوآوریهای این پروژه، استفاده از شیشه بوروسیلیکات به جای شیشه کوارتز ذوبشده است. شیشه بوروسیلیکات به طور گسترده در تجهیزات آزمایشگاهی، ظروف آشپزخانه مقاوم در برابر حرارت و درِ فرها استفاده میشود و نسبت به کوارتز ذوبشده قیمت بسیار پایینتر و دسترسی بسیار آسانتری دارد. پژوهشگران عنوان کردند که انتخاب این ماده میتواند هزینه تولید رسانه ذخیرهسازی را کاهش دهد و امکان تجاریسازی این فناوری را افزایش دهد.
همچنین مایکروسافت تجهیزات مورد نیاز برای ثبت و خواندن اطلاعات را نیز سادهتر کرده است. در نمونههای قبلی برای خواندن دادهها به سه یا چهار دوربین نیاز بود، اما در سامانه جدید تنها یک دوربین وظیفه بازیابی اطلاعات را بر عهده دارد. همچنین تجهیزات نوشتن اطلاعات نیز با تعداد قطعات کمتری طراحی شدهاند تا ساخت، تنظیم و نگهداری آنها آسانتر شود. این تغییرات علاوه بر کاهش هزینه، ابعاد تجهیزات را نیز کوچکتر کرده است.
پژوهشگران برای ثبت اطلاعات در شیشه دو روش مختلف را توسعه دادهاند. در روش نخست، لیزر با ایجاد ریزانفجارهای کنترلشده، حفرههای بسیار کوچکی درون شیشه ایجاد میکند. این روش به چگالی ذخیرهسازی حدود ۱٫۵۹ گیگابیت در هر میلیمتر مکعب دست یافته است و امکان ذخیره حجم زیادی از اطلاعات را در فضای بسیار کوچک فراهم میکند. روش دوم به جای ایجاد حفره، ضریب شکست نور را در نقاط مشخصی از شیشه تغییر میدهد. این تغییرات بعدها با تصویربرداری نوری قابل تشخیص هستند و اطلاعات را بازیابی میکنند. هرچند ظرفیت این روش کمتر است، اما سرعت نوشتن اطلاعات بالاتر و مصرف انرژی آن نیز کمتر است.
بر اساس نتایج این پژوهش، سرعت ثبت اطلاعات در روش دوم به حدود ۶۵٫۹ مگابیت بر ثانیه رسیده است و پژوهشگران معتقد هستند با استفاده همزمان از چند پرتو لیزر میتوان این سرعت را در آینده افزایش داد. در سامانه فعلی، سرعت کلی نوشتن اطلاعات برای هر پرتو لیزر حدود ۲۵٫۶ مگابیت بر ثانیه است که محدودیت اصلی آن به نرخ تولید پالسهای لیزری مربوط میشود.
پژوهشگران برای بررسی دوام این فناوری، آزمایشهای پیری شتابیافته انجام دادند. در این آزمایشها، نمونههای شیشه در معرض دماهای بسیار بالا قرار گرفتند تا رفتار آنها در بازههای زمانی بسیار طولانی شبیهسازی شود. همچنین تیم تحقیقاتی روش جدیدی برای ارزیابی دوام شیشه بوروسیلیکات توسعه داد تا بتواند طول عمر این ماده را با دقت بیشتری تخمین بزند. نتایج نشان داد دادههایی که با هر دو روش روی شیشه ثبت شدهاند، میتوانند بیش از ۱۰ هزار سال بدون افت کیفیت یا از بین رفتن اطلاعات باقی بمانند.
پژوهشگران مایکروسافت بیان کردند که فناوری Silica هنوز جایگزین رسانههای ذخیره سازی روزمره مانند SSD یا هارددیسک نخواهد شد، چرا که سرعت نوشتن و خواندن آن برای کاربردهای روزانه مناسب نیست. هدف اصلی این فناوری، آرشیو بلندمدت اطلاعات ارزشمند است؛ اطلاعاتی که باید برای نسلهای آینده حفظ شوند و دسترسی مداوم به آنها اهمیت کمتری نسبت به دوام و ماندگاری دارد. اگر روند توسعه این فناوری با موفقیت ادامه پیدا کند، شیشه میتواند در سالهای آینده به یکی از مهمترین رسانههای ذخیرهسازی آرشیوی جهان تبدیل شود و وابستگی مراکز داده به رسانههای سنتی را کاهش دهد.
