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

Обычное жаропрочное стекло, которое ставят в дверцы духовок и используют в кухонной посуде, теперь может хранить терабайты данных. Microsoft рассказала о новых результатах проекта Project Silica: команда научилась записывать информацию не только на дорогое кварцевое стекло высокой чистоты, но и на боросиликатное, которое массово выпускают и легко купить. В статье исследователи описали, какие изменения в записи и считывании помогли перейти на более доступный материал, и почему срок сохранности данных они оценивают в 10 тысяч лет.

Project Silica развивается с 2019 года и долго упирался именно в носитель. Ранние версии технологии работали только с плавленым кварцем, то есть очень чистым диоксидом кремния. Такой материал дорогой, его делают не везде, и он не всегда доступен в нужных объёмах. Боросиликатное стекло в этом смысле куда проще: оно прочное, жаростойкое и давно стало привычным материалом в быту. Поэтому переход на него важен не как красивая демонстрация, а как попытка снять два практических ограничения сразу - стоимость и доступность.

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: 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 здесь важнее не скорость, а срок службы. Авторы подчёркивают, что обычные HDD и SSD в среднем рассчитаны примерно на 10 лет, а стеклянный носитель делают для архивов, где важнее сохранить данные как можно дольше без регулярной перезаписи.

Отсюда и ответ на вопрос, 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 регулярно 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.

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 опирается на двулучепреломление. Это эффект, когда материал по-разному преломляет свет в зависимости от поляризации. Лазер формирует в стекле структуру, и она начинает иначе пропускать свет. По этому отличию и кодируют данные. Раньше для формирования таких вокселей использовали два лазерных импульса. Теперь команда описывает подход с псевдоодиночным импульсом: один импульс после разделения по поляризации фактически даёт два воздействия, поэтому за один цикл получается сформировать два вокселя вместо одного. За счёт этого схема становится проще и появляется возможность ускорять запись.

Вместе с этим исследователи продвинули параллельную запись. Система может формировать 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 ускоряет работу за счёт того, что метки появляются сразу в нескольких точках.

В статье описан и новый тип меток - фазовые воксели. В этом варианте данные кодируются не через поляризацию, как в двулучепреломляющих метках, а через фазовый переход. Проще говоря, лазер создаёт внутри стекла крошечные участки, где материал меняет своё состояние из-за энергии и давления. Для такой записи хватает одного импульса.

Самый сложный вопрос, долговечность. Проверить срок в 10 тысяч лет напрямую невозможно, поэтому используют ускоренные испытания старения. Исследователи научились отслеживать, как со временем меняются воксели внутри стекла, и совместили это со стандартными тестами, где образец специально держат в более жёстких условиях. Так быстрее становится понятно, как материал будет вести себя на длинной дистанции. По результатам этих проверок команда делает вывод, что данные должны оставаться читаемыми как минимум 10 тысяч лет.

Дальше команда хочет ускорить запись и чтение, в том числе за счёт более эффективных лазеров, и параллельно попробовать разные составы стекла, чтобы найти наиболее подходящий материал. Сейчас главное уже показано: носитель перестал быть редким и дорогим, потому что запись работает на широко распространённом боросиликатном стекле. Это делает технологию ближе к реальным архивным системам.