بیشتر حافظه دیجیتال جهان برای ماندگاری طولانی ساخته نشده است. هارددیسکها، نوارهای مغناطیسی تنها طی چند سال فرسوده میشوند و برای جلوگیری از نابودی دادهها، نیاز به کپیبرداری مداوم دارند.
این مشکل با رشد سریع دادههای جهانی شدیدتر شده است، فشاری که بر سیستمهایی وارد میکند که اساساً برای نگهداری بلندمدت طراحی نشدهاند.
اکنون پژوهشگران در حال آزمایش رویکردی متفاوت هستند: ذخیرهسازی داده درون شیشه.
در یک نمایش اخیر، یک صفحه نازک از شیشه بوروسیلیکات توانست نزدیک به دو ترابایت اطلاعات را در خود نگه دارد و بدون خطا بازیابی کند. این موضوع نشاندهنده آیندهای است که در آن دادههای دیجیتال میتوانند بسیار بیشتر از روشهای امروزی دوام بیاورند.
ساختار ذخیرهسازی داده در شیشه
درون صفحهای به ضخامت تنها ۰.۰۸ اینچ، ۲۵۸ لایه داده در یک قطعه شیشهای با عرض حدود ۴.۷ اینچ ذخیره شده است.
تیمی از Microsoft Research سیستمی را معرفی کرده که قادر است دادهها را بهصورت خودکار بنویسد، بخواند، سپس رمزگشایی کند.
اهمیت این دستاورد فقط در ظرفیت بالا نیست، بلکه در این است که همان قطعه شیشه میتواند دادهها را به شکلی نگه دارد که بهصورت دقیق بازیابی شوند.
این موضوع پرسش را از امکانپذیری ذخیرهسازی داده در شیشه، به ضرورت استفاده از رسانهای ماندگار برای آرشیوها تغییر میدهد.
چرا ذخیرهسازی دیجیتال فعلی ناکارآمد است
ذخیرهسازی دیجیتال یک مشکل پنهان دارد: دوام ندارد. حجم دادهها بهسرعت افزایش مییابد، تقریباً هر چند سال دو برابر میشود، اما سختافزارهای نگهدارنده عمر بسیار کوتاهتری دارند.
این یعنی فایلها باید دائماً کپی شوند تا باقی بمانند، حتی زمانی که کسی به آنها دسترسی ندارد. این فرایند زمان، انرژی، تجهیزات بیشتری مصرف میکند.
شیشه رویکرد متفاوتی ارائه میدهد. پس از ذخیره داده، دیگر نیازی به برق یا نگهداری مداوم برای حفظ آن نیست.
برای آرشیوهای بلندمدت، این ویژگی از ظرفیت خام اهمیت بیشتری دارد. مهم این است که سیستم در طول زمان به کمترین نگهداری نیاز داشته باشد.
نوشتن داده روی شیشه با نور
در این سیستم، بهجای حکاکی یا سوزاندن سطح، از پالسهای بسیار کوچک نور برای ایجاد تغییرات ظریف درون شیشه استفاده میشود.
هر پالس نحوه شکست نور در شیشه را کمی تغییر میدهد و یک نشانه میکروسکوپی ایجاد میکند که داده را ذخیره میکند.
این پالسها که به آنها لیزرهای فمتوثانیهای گفته میشود، فوقالعاده سریع هستند و تنها کسری از یک تریلیونیم ثانیه طول میکشند.
از آنجا که داده درون شیشه قرار دارد، نه روی سطح آن، در برابر خراش، آسیبهای روزمره بسیار مقاومتر است.
نحوه خواندن داده از شیشه
بازیابی داده به اندازه ذخیرهسازی آن اهمیت دارد. برای این کار، نور از شیشه عبور داده میشود و الگوها با یک دوربین میکروسکوپی ثبت میشوند.
هر نشانه کوچک که به آن «وُکسل» گفته میشود، نمایانگر بخشی از داده در فضای سهبعدی است. زمانی که این نشانهها بهصورت فشرده قرار میگیرند، ممکن است کمی با هم تداخل داشته باشند.
نرمافزار این الگوها را تحلیل میکند، دادهها را بازسازی میکند، خطاهای کوچک را اصلاح میکند. این مرحله حیاتی است، زیرا حتی متراکمترین سیستم ذخیرهسازی بدون قابلیت خواندن دقیق، بیفایده است.
ماندگاری ۱۰ هزار ساله داده در شیشه
یکی از بزرگترین مزایای این روش، دوام بالای آن است. شیشه میتواند در برابر خراش، آب جوش، دمای بالا مقاومت کند بدون اینکه دادهها از بین بروند.
به گفته یکی از پژوهشگران، این سیستم میتواند «بدون مراقبت خاص» نیز دوام بیاورد، یعنی نیاز به نگهداری دقیق ندارد.
آزمایشها نشان میدهند که دادهها میتوانند بیش از ۱۰ هزار سال در دمای اتاق باقی بمانند، هرچند عوامل محیطی مانند فشار، خوردگی همچنان اهمیت دارند.
در نهایت، نحوه نگهداری، محافظت از شیشه تعیینکننده طول عمر واقعی آن است.
چرا شیشه گزینهای مناسب برای ذخیرهسازی است
در مقایسه با روشهای قبلی، این فناوری از شیشه بوروسیلیکات استفاده میکند که همان ماده مقاوم در برابر حرارت در ظروف آزمایشگاهی است و به سیستمهای نوری سادهتری نیاز دارد.
پیشتر، پیتر کازانسکی از دانشگاه ساوتهمپتون نشان داده بود که میتوان دادههای متراکمتری در شیشه ذخیره کرد.
او گفته بود: «اگر بخواهید پیامی به آینده بفرستید، هیچ چیزی بهتر از ذخیره آن در شیشه نیست.»
رویکرد مایکروسافت تعادلی میان چگالی داده و قابلیت استفاده ایجاد کرده است.
چالش سرعت در ذخیرهسازی داده
حتی بادوامترین سیستم اگر کند باشد، کاربردی نخواهد بود. سرعت نوشتن داده باید عملی باشد.
در حال حاضر، این سیستم با استفاده از چندین پرتو لیزر همزمان، سرعتی حدود ۶۶ مگابیت بر ثانیه دارد.
این سرعت هنوز از نوارهای سنتی کمتر است، اما میتوان با افزایش تعداد پرتوها، پردازش موازی آن را بهبود داد.
در نهایت، سرعت نقش مهمی در پذیرش فناوری دارد.
از آزمایشگاه تا کاربرد واقعی
این پروژه فقط یک آزمایش آزمایشگاهی نیست. تاکنون دادههای واقعی مانند فیلم Superman و آرشیوهای موسیقی بلندمدت در آن ذخیره شدهاند.
این آزمایشها نشان میدهند که فناوری با دادههای واقعی نیز کار میکند، نه فقط نمونههای کنترلشده.
با این حال، مایکروسافت هنوز برنامهای برای تجاریسازی آن اعلام نکرده است.
در حال حاضر، این فناوری در مرحلهای بین تحقیق و کاربرد قرار دارد.
چالش آینده ذخیرهسازی داده
پیشرفت آینده بیشتر به مقیاسپذیری اقتصادی بستگی دارد تا امکانپذیری فنی.
لیزرهای قدرتمندتر، پردازش موازی بیشتر، بهبود سیستمهای نوری میتوانند عملکرد را افزایش دهند.
همچنین استفاده از مواد شیشهای جدید میتواند چگالی ذخیرهسازی را بالا ببرد.
هر سیستم واقعی به رباتیک، افزونگی، مدیریت ایمن برای جابهجایی میان نوشتن، خواندن نیاز دارد.
این تغییر بزرگ نشان میدهد که هدف این فناوری، ایجاد یک هارد مصرفی نیست، بلکه یک رسانه آرشیوی بادوام برای آینده است.
شیشه یک مانع علمی بزرگ را پشت سر گذاشته است، اما موفقیت نهایی به توانایی سازمانها در استفاده، اعتماد، سرمایهگذاری روی آن بستگی دارد.
جمعبندی: آینده ذخیرهسازی داده روی شیشه
حتی اگر این فناوری هرگز به محصول تجاری تبدیل نشود، پیام آن روشن است: حافظه دیجیتال مجبور نیست روی دیسکهای مغناطیسی از بین برود یا روی نوارها تخریب شود.
در شکل مناسب، دادهها میتوانند در شیشه برای هزاران سال باقی بمانند.
نظر شما درباره آینده ذخیرهسازی داده چیست؟ دیدگاه خود را با ما به اشتراک بگذارید.
