微軟玻璃硬盤問世，可實(shí)現(xiàn)單片75G像素級存儲

（文章來源：DeepTech深科技）

書籍容易腐爛，照片終將褪色，CD 和硬盤的壽命不過數(shù)年，那么有沒有更好的數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)呢？微軟公司（Microsoft）找到了新的數(shù)據(jù)儲存方式。該公司和華納兄弟公司（Warner Bros.）合作，將 1978 版的《超人》存儲到了一塊玻璃中，數(shù)據(jù)多達(dá) 75.6GB。這是玻璃硬盤從概念到落地的實(shí)踐。

這塊玻璃為杯墊大小，75 毫米 x 75 毫米 x 2 毫米。微軟使用紅外激光將電影數(shù)據(jù)解碼為三維像素（voxels），存入玻璃后，其中的數(shù)據(jù)可以機(jī)器學(xué)習(xí)來進(jìn)行解碼讀取。與數(shù)字硬盤存儲方式不同，玻璃硬盤是激光通過在玻璃不同的深度和角度上創(chuàng)建一層三維納米光柵和變形進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼存儲，讀取數(shù)據(jù)則需要機(jī)器學(xué)習(xí)算法來解碼在偏振光透過玻璃時產(chǎn)生的圖像和圖案。

其編碼和解碼原理是，飛秒激光（發(fā)出超短光脈沖且通常用于治療近視的 LASIK 手術(shù)）會熔融玻璃形成與光偏振相關(guān)的納米光柵結(jié)構(gòu)，那么寫入納米光柵的點(diǎn)可以表示"1"，而"0"則無需寫入。此前澳大利亞斯威本科技大學(xué)課題組 James Chon 副教授及顧敏教授在 2009 年就用這個方法實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)儲存，即在 5 個維度上實(shí)現(xiàn)信息編碼，包括了光的偏振、波長以及 x、y、z 三個坐標(biāo)等 5 個物理維度。

華納兄弟通過將數(shù)字副本轉(zhuǎn)換回模擬膠片并將其分成 3 個色彩分量（青色，品紅色和黃色）分別將其轉(zhuǎn)移到黑白膠片負(fù)片上，這就不會像彩色膠片一樣褪色。微軟表示，一塊 2 毫米厚的玻璃可以包含 100 多個數(shù)據(jù)層。每一層都由激光寫入的納米光柵組成，然后機(jī)器學(xué)習(xí)算法在它們之間跳轉(zhuǎn)以對其進(jìn)行解碼。

長期以來，華納兄弟在尋找能夠長期儲存那些無需經(jīng)常訪問的"冷"數(shù)據(jù)。該公司目前在溫度和濕度受控的冷庫中用膠卷來保存巨量的影視數(shù)據(jù)，時不時還要用探測器檢測有沒有化學(xué)分解，同時其存儲數(shù)字檔案的固態(tài)硬盤需要每 3 年遷移一次，以避免電子衰減而丟失數(shù)據(jù)。

這個過程代價高昂。華納兄弟還作了多手準(zhǔn)備來防備數(shù)據(jù)存儲事故，比如要應(yīng)對地震或颶風(fēng)來襲，還要防止火災(zāi)和洪水破壞膠片。他們準(zhǔn)備在世界各地放置 3 個拷貝，2 份為數(shù)字副本，1 份為原始素材拷貝。微軟的硅項(xiàng)目讓他們看到了一勞永逸存儲數(shù)據(jù)的希望。

微軟公司 CEO Satya Nadella 說，這個玻璃硬盤系統(tǒng)是一個嶄新的冷存儲系統(tǒng)。要知道，玻璃經(jīng)過煮沸、烘焙和刮擦都無損其存儲穩(wěn)定性，因此數(shù)據(jù)可以保存數(shù)個世紀(jì)。此外玻璃存儲不需要控制溫度和濕度，這就大大降低了數(shù)據(jù)庫的環(huán)保成本。玻璃硬盤更保真。華納兄弟檔案高管 Brad Collar 說，如今電影拍攝為數(shù)字拍攝，需要將數(shù)字像素存儲到膠片模擬介質(zhì)中，這就損失了原有的像素，并且這是不可逆的，而玻璃存儲則如同相機(jī)一樣保留了原始像素。

與 CD 光盤相比，玻璃硬盤也有很大優(yōu)勢。CD 光盤只能以平面上的凹凸來儲存"0""1"，而玻璃可以三維陣列來實(shí)現(xiàn)高儲存密度，那么以激光技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在 2 毫米玻璃中存儲 100 多層三位像素。另外，玻璃存儲通過光學(xué)讀取器來訪問數(shù)據(jù)，速度也更快，機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以迅速進(jìn)行數(shù)據(jù)定位然后歸位，大大減少提取信息的延遲，而光盤、磁帶則需要時間來找到讀取位置。

微軟這個項(xiàng)目名為硅項(xiàng)目（Project Silica），微軟研究院是負(fù)責(zé)部門。作為科技公司巨頭，微軟公司希望玻璃硬盤能滿足數(shù)據(jù)長期存儲的需求。玻璃存儲研究是微軟公司與英國南安普頓大學(xué)（the University of Southampton）合作開展的，后者于 2013 年開發(fā)了利用飛秒技術(shù)進(jìn)行玻璃存儲數(shù)據(jù)的技術(shù)。

玻璃還是有點(diǎn)特殊的，因?yàn)槲④涍@個技術(shù)是玻璃在激光照射下會發(fā)生物理特性的改變，尤其是采用脈沖激光器多個脈沖的時候，會在焦點(diǎn)內(nèi)形成這種周期性的納米光柵的分布。這種與偏振取向相關(guān)的周期性納米光柵結(jié)構(gòu)是它存儲的原理。如果換用其他物質(zhì)不一定會有這個機(jī)制，就沒法實(shí)現(xiàn)偏振維度的復(fù)用。同時，玻璃具有抗高溫，抗電磁干擾，還耐磨損的特性，所以它可以保存時間達(dá)到千年左右。

冷數(shù)據(jù)也值得保存。比如你朋友圈的微信發(fā)出去，可能當(dāng)天或者一周之內(nèi)朋友訪問和點(diǎn)擊很多，但是一周之后數(shù)據(jù)就不再被訪問了，但是根據(jù)國家法律規(guī)定，這些數(shù)據(jù)它是有用的、也是有效的，信息企業(yè)有義務(wù)保存這些信息。大數(shù)據(jù)現(xiàn)在存儲每天的數(shù)據(jù)容量很大，但是這些數(shù)據(jù)的話不把它存下來，丟了又可惜，但是你要把它全部存下來的話，現(xiàn)在存儲介質(zhì)又不夠。

微軟用玻璃的好處是材料相對很簡單，但他們有個最大的問題，就是技術(shù)原理決定它存儲速度不夠快，因?yàn)樗鄠€脈沖寫入數(shù)據(jù)，所以在每個點(diǎn)停留的時間要很長。我們用的方法正好解決了他們的寫入速度的問題，可以做到單個脈沖的記錄，所以比微軟的技術(shù)要快 1 到 2 個數(shù)量級！而且，我們可以實(shí)現(xiàn)對 7 個維度的復(fù)用存儲，存儲容量比微軟的技術(shù)也要高 2 到 3 個數(shù)量級。
? ? ?（責(zé)任編輯：fqj）