«Вічна флешка»: як створити надійний носій, який збереже дані на тисячі років

Термін служби компакт-дисків, SSD і HDD-дисків не перевищує 10-20 років. При цьому світовий обсяг даних зростає на 40% кожен рік, що стимулює попит на накопичувачі, однак довговічність носіїв залишає бажати кращого. Велика частина HDD перестають працювати протягом декількох років: як правило, це пов'язано з поломкою рухомих частин. Компакт-диски зберігаються десятиліттями, але підвищення температури, вологості або механічні ушкодження роблять доступ до інформації скрутним: поверхня диска відшаровується і легко дряпається. SSD, рекламовані як «невбиваний» носій, живуть всього кілька років, і мають фіксованою кількістю циклів перезапису: циркулює всередині електричний заряд рано чи пізно згасає навіть у відсутність активного доступу до вмісту. При цьому цінність втраченої інформації може бути дуже високою: наприклад, це можуть бути великі обсяги технічної документації або історичні архіви, відновити які буде неможливо.

www.ohmygeek.net



Зберігати довго і недорого

Довге зберігання даних – проблема, в якій закони термодинаміки працюють проти інтересів людини. Носії виходять з ладу, потребують витрат на підтримання оптимальних умов навколишнього середовища і втрачають накопичувальні властивості. Регулярна заміна SSD варто серверів 0.5 долара за 1 Гб, заміна HDD обходиться в 0.1 долара за 1 Гб. За даними компанії Cisco, до 2020 року сукупний обсяг збереженої в дата-центрах інформації досягне 6.6 зеттабайт, що означає 495 мільярдів доларів в рік видатків індустрії на заміну носіїв. Передбачається, що розробка «вічних» носіїв заощадить дата-індустрії трильйони доларів в рік.

До теперішнього часу фізики запропонували кілька можливих рішень цієї проблеми: наприклад, команда американських вчених записала інформацію в порожнечі алмазу, заміщені атомами азоту, а російські вчені з проекту «Кварц» Фонду перспективних досліджень (ФПІ) запропонували зберігати дані на кварцових дисках. Термін життя даних в обох випадках перевищує час життя компакт-диска на порядки. Проте чи можна вважати проблему вирішеною?
У 2016 році вчені з Університету Нью-Йорка записали інформацію в алмази за допомогою флуоресценції. Дослідники змінили спектр випромінювання NV-центрів алмазу (дефектів кристалічної гратки алмазу, що виникають при видаленні атома вуглецю і додавання на його місце атома азоту) лазерним променем. Лазер локально змінює заряд NV-центрів з негативного до нульового, що тягне за собою зміну кольору ділянок поверхні алмазу при скануванні лазером невисокої потужності. Вчені знайшли кілька помітних лазерним скануванням рівнів флуоресценції, що підвищує щільність запису, а відсутність структурних змін знімає обмеження на перезапис. Мінуси цієї технології – висока вартість алмазів і псевдовечность носія. Зчитування розмиває картину світлих і темних ділянок, з-за чого дані доводиться заміняти знову і знову.

Вічні дані на кварцових носіях

Фонд перспективних досліджень (ФПІ) фінансує розробку кварцових носіїв з практично необмеженим терміном служби і об'ємом до 1 Тб: цього вистачить, наприклад, для запису великої частини архівів Держфільмофонду Росії.
Вчені з РХТУ їм. Д. І. Менделєєва, що працюють за проектом ФПІ, запропонували наносити інформацію лазером не на поверхню, а обсяг кварцового диска нанорешетками – так в одній точці записується не один, а до п'яти біт даних. Кварцові диски, створені на сьогоднішній день в рамках проекту, вміщують 25 Гб інформації і виживають при температурі близько 1000૦C з подальшим термоударам – зберігають дані після пожежі з спрацювала системою гасіння без використання хмарних сховищ. Достатньо стерти кіптява з дисків — і вони знову готові до роботи. Для порівняння, диски аналогічної місткості компанії Millenniata із заявленим терміном життя в 1000 років, виготовлені з полікарбонату, руйнуються при температурі 130૦C. На відміну від американської технології, кварцові диски — це вічний носій в більш строгому сенсі слова: термін життя носія з кварцу може вимірюватися тисячоліттями.



Чому ж кварцові диски і «вічні флешки» до цих пір не на ринку? Широкому використанню кварцових дисків в якості довговічних носіїв інформації заважають три проблеми, над вирішенням яких працюють вчені та розробники в ході проектів Фонду перспективних досліджень: висока вартість запису, необхідність розробки з нуля технології зчитування, громіздкість і нестабільність обладнання. Ці бар'єри стоять між успішної експериментальної записом даних у алмаз або кварц і можливістю «проганяти» екзотичний носій через 100 циклів читання в день в архівному центрі якої-небудь міської бібліотеки: перед виходом технології у виробництво вчені повинні створити стабільні пристрою запису і читання прийнятних розмірів, знизити вартість запису і доопрацювати технологію читання.

Петро Хенкін, керівник проекту напрямку інформаційних досліджень Фонду перспективних досліджень, коментує:
«Промислова технологія сильно відрізняється від експериментальної, показала успішні результати на лабораторному столі. Вона повинна володіти прийнятною стабільністю в часі і бути відтворної: користувач не повинен підкручувати пристрій і прикладати зусилля, щоб воно працювало. Сьогодні запис інформації на кварцовий диск вже відбувається без участі людини, і ми можемо записати повний диск за день, але коли запис йде у потоці та час обмежений годинами, виникають прогнозовані складності – обладнання перегрівається, працює з відхиленнями. Новизна технології також створює проблеми при читанні даних: пристрій для читання інформації з кварцового диска створюється повністю з нуля, і це відкладає вихід розробки з лабораторії».



Процес виготовлення кварцового диска. Фото: Фонд перспективних досліджень.

В якості ілюстрації наведемо відносно недавній приклад. У лютому 2016 року співробітники Саутгемптонського університету записали Біблію кварцовий диск і подарували його генеральному секретареві ООН. Однак вважати ці дані можна тільки в лабораторії, в якій цей диск створили, під мікроскопом. Англійці зчитують ці дані за допомогою поляризаційного мікроскопа – роблять знімок, відправляють на комп'ютер, зчитують дані, потім роблять наступний знімок. Швидкість цього процесу – кілька байт в секунду.

Крім описаних труднощів, фізика кварцового диска накладає обмеження на вартість запису. Кварц стійкий до високих температур, тому для запису потрібні високі енергії. Сьогодні дані записують за допомогою фемтосекундного лазера, який коштує мільйони рублів, тому навіть тоді, коли технологія стане стабільною і зручною, на перших порах дозволити собі запис на кварцові диски зможуть тільки великі дата-центри та урядові структури.

Майбутнє технології ФПІ цілком можна уявити собі у форматі B2B-центрів запису і читання, куди люди зможуть приїжджати зі своїми носіями та переписувати дані з HDD / SSD на оптичні кварцові диски, або B2G-архівів бібліотек і медичних установ. Можливо, коли-небудь ці технології будуть застосовуватися так само, як сьогодні — «флешки» і «зовнішні жорсткі диски»: можна згадати про те, що перші CD-приводи коштували дуже дорого, проте з часом вартість знизилася, розміри зменшилися, і за двадцять з невеликим років ми отримали сучасні компактні пристрої.
Джерело: Хабрахабр

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.