Microsoft chce vypaľovať dáta do skla, vydržia aj 10 000 rokov

Keď sa povie „archivácia dát“, väčšina z nás si predstaví pásky v trezoroch, RAIDy v dátových centrách alebo nekonečné migrácie diskov, aby sa z nich po rokoch nestali len hlučné ťažítka.

Problém je, že moderný digitálny svet je postavený na médiách, ktoré starnú v horizonte desaťročí a pri skutočne dlhých archívoch to znamená nekonečný kolotoč kopírovania a kontroly. Microsoft Research teraz do tejto témy priniesol jeden z najzaujímavejších posunov za posledné roky.

Od roku 2016 Microsoft pracuje a priebežne informuje o pokroku v Project-e Silica, v rámci ktorého vyvíja možnosť ukladania informácií „dovnútra“ skla pomocou ultrakrátkych laserových pulzov. Nový výsledok publikovaný v časopise Nature posúva koncept z drahého kremenného (fused silica) skla na bežnejšie borosilikátové sklo, ktoré môžeme poznať z kuchynského riadu či dvierok na rúre.

Project Silica funguje na princípe zápisu dát do trojrozmernej mriežky drobných „voxlov“ (objemových bodov) vnútri sklenenej platničky. Zápis realizuje femtosekundový laser (pulzy v rádoch 10^-15 sekundy), ktorý v materiáli vytvorí mikroskopické zmeny. Následne sa dáta čítajú opticky, typicky mikroskopom, a dekódujú sa pomocou softvéru, vrátane modelov strojového učenia.

Najdôležitejšia novinka je práve zmena média. Doteraz bola technológia viazaná na čisté sklenené dosky na báze oxidu kremičitého, ktoré sú náročnejšie na výrobu a dostupné z obmedzených zdrojov. Microsoft tvrdí, že prechod na borosilikát rieši dve praktické bariéry smerom ku komerčnému využitiu – cenu a dostupnosť samotného média.

Popri materiáli sa zjednodušil aj „hardvér okolo“. Microsoft tvrdí, že čítanie dát môže byť lacnejšie a kompaktnejšie, pretože čítačka bude po novom na svoje fungovanie potrebovať len jednu kameru namiesto troch či štyroch. Aj zapisovacie zariadenia majú mať menej dielov, čo znižuje nároky na výrobu a kalibráciu a zároveň otvára dvere rýchlejšiemu zápisu.

Okrem vylepšení tzv. birefringent voxlov (kde sa informácia viaže na polarizačné vlastnosti a orientáciu „stopy“ v skle) prišli aj s novým prístupom nazvaným „phase voxels“. V ňom sa mení fáza/optická vlastnosť materiálu tak, aby na vytvorenie jedného voxla stačil jediný laserový pulz, čo má zásadne znížiť komplexnosť a cenu zápisu. Cenou za to je vyššia miera rušenia medzi susednými symbolmi v 3D priestore, ktorú podľa autorov pomáha krotiť klasifikácia založená na strojovom učení.

Ďalšou veľkou témou je rýchlosť. Zápis do skla sa tradične považuje za úzke hrdlo, preto Microsoft pracoval na paralelnom zápise viacerými lúčmi naraz a na modeli predohrevu/dochladzovania v skle, aby sa voxly dali zapisovať bližšie pri sebe bez neželaných tepelných efektov. Tímu sa tak podarilo dosiahnuť hustotu zápisu na úrovni 1,59 Gbit/mm³ v 301 vrstvách a kapacitu 4,8 TB na 120 mm štvorcovú, 2 mm hrubú platničku, pričom priepustnosť zápisu je 25,6 Mbit/s na jeden lúč.

Hlavným pilierom výskumu nového úschovného média je napokon jeho životnosť, vďaka ktorej sa z Project Silica môže stať riešenie budúcnosti pre spoľahlivú archiváciu dát. Microsoft v tomto prípade aktuálne naznačuje životnosť presahujúcu až 10 000 rokov pri izbovej teplote. Treba dodať, že ide samozrejme o záver z akcelerovaných testov a modelovania.

Bežní spotrebitelia sa nič podobného, ako je „sklenené SSD“, pravdepodobne nikdy nedočkajú. Aj keď je už dnes systém úschovy a čítania dát „v skle“ funkčný, jeho škálovanie bude náročné a to najmä kvôli rýchlosti zápisu a logistike pri obrovských objemoch dát. Ak sa však Project Silica napokon pretaví do praxe, jeho najväčší prínos môže byť pre „studené“ archívy. Do skla by teda mohli byť ukladané dáta, ktoré sa čítajú zriedkavo, no musia prežiť extrémne dlho, bez toho aby sme ich každých pár rokov sťahovali na nové pásky či disky.