微软将《超人》电影存在一小块玻璃上未来数据存储还有哪些黑科技？
图片来源：微软
11月4日，在微软Ignite 2019大会上，首席执行官萨蒂亚•纳德拉展示了该公司Project silicon项目长期数据存储解决方案。
Project silicon项目使用超快激光光学和人工智能将数据存储石英玻璃上。在与华纳兄弟娱乐公司的合作下，这个团队将1978年的《超人》电影存储在一块玻璃上，大小和一个饮料杯垫差不多。硅玻璃很硬，可以在滚烫的水中煮、在烤箱或微波炉中烘烤、去磁或其他破坏传统档案介质的因素下使用。
“将整部《超人》电影存储在谷歌眼镜中，并能够成功地将其读出来，这是一个重大的里程碑。” 微软Azure的首席技术官Mark Russinovich在一份新闻稿中说，“我并不是说所有的问题都得到了充分的回答，我们正处在一个致力于改进和实验的阶段，而不是问‘我们能做到吗?’”
据报道，华纳兄弟在得知微软的研究结果后找到了微软，以保护其图书馆，其中包括《卡萨布兰卡》等电影、20世纪40年代的广播节目和其他历史资料。
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华纳兄弟的首席技术官Vicky Colf在一次发布会上说:“这一直是我们的希望之光，我们相信总有一天会实现，所以当我们得知微软开发了这项基于玻璃的技术时，我们想要证明它。”
它是如何工作的?激光通过在多个深度和角度创建三维纳米光栅层来对玻璃中的数据进行编码。根据微软的说法，机器学习算法通过解码偏振光穿过玻璃时产生的图像和模式来读取数据。新闻稿指出，这种玻璃可以使用数百年，不需要在恒温环境下保存，也不需要经常刷新。
数据存储空间有限
对于我们大多数人来说，数据存储变得越来越容易。如今，我们不再纠结于存储空间有限的计算机硬盘、软盘以及可重写CD或DVD，而是点击“保存”，将正在处理的任何文件快速转移到云上。这是一种没有混乱、没有麻烦的数据存储方法，不仅意味着我们不会用完空间，而且无论走到哪里，我们都可以访问文件。谁会不喜欢呢?
一方面，我们的存储空间不足。从字面上看，当前有37亿人每天使用互联网，生成大约2.5兆字节的数据，因此需要越来越多的数据中心来满足需求。到2025年，世界有望每年产生160兆字节的数据。那比在可观测的宇宙中的星星还要多。如果没有足够的数据中心，我们将无法跟上这种增长的步伐。这意味着丢弃可能是无价的数据——在某些情况下，我们必须先知道它是否确实是有价值的。
“如果你看看大型机构，比如运行大型强子对撞机的欧洲核子研究中心，它每秒就会生成PB级的数据。”数据公司Catalog的营销副总裁Nick Gold表示，“但是无法存储每秒PB的数据，因此它们必须丢弃所生成数据的90%以上。如果有保留的办法，他们当然很乐意保留所有这些。”
还有一个环境因素在起作用。根据一份报告，17%的技术造成的碳足迹是由数据中心造成的。目前一个单一的数据中心可能比一个中型城镇消耗更多的电力。尽管苹果等公司已经采取措施，通过采用更可持续的能源来抵消这一影响，但仍有理由寻求更好的替代方法。
幸运的是，这正是世界上一些聪明的研究人员所从事的工作。他们正忙着构想(并且同样重要的是展示)一些令人印象深刻的下一代存储技术，这些技术可以在未来几年内解决全球数据问题，而且是一劳永逸的!
欢迎来到DNA存储世界
将数据存储在DNA中的想法听起来颇有未来感。但在某些方面，情况恰恰相反。早在计算机出现之前(连同发明电脑所需的人类一起)，自然界就想出了如何以DNA形式存储大量信息的方法，DNA是我们所知道的生命的组成部分。现在，一些研究人员正在接受创建人工基因序列的想法，该序列使用DNA的四个碱基对(A，C，G和T)来表示信息的二进制位。
几年前，斯洛文尼亚卢布尔雅那大学的研究人员证明，可以将计算机代码片段编码到烟草植物的DNA中。他们创建了一个简单的计算机程序，然后将其拼接成烟草植物的基因组成。从本质上讲，就是用计算机程序来克隆它。提取植物的DNA并进行测序，结果在计算机屏幕上弹出“Hello World”消息，十分令人惊喜。
从那时起，哈佛大学的一个团队使用CRISPR基因编辑技术以细菌DNA的形式存储视频。与我们今天大多数人观看的高分辨率视频相比，该视频更类似于低分辨率的GIF，尽管如此，还是取得了重大进步。“我们想测试细菌中的CRISPR-Cas系统是否可用于捕获活细菌中具有时间成分的复杂信息。”负责这项实验的哈佛大学神经科学家塞斯·希普曼博士当时对《Digital Trends》表示。
在2017年，希普曼告诉，这项研究目前还没有实际应用。他补充说：“但希望就在眼前。”
那个“所谓的眼前”可能就是现在。在过去的几年中，一家开创性的公司Catalog一直致力于将DNA存储商业化。他们的建议是，很快就可以在一个大衣橱大小的空间中存储整个世界的数据。这要归功于他们将数据编码为合成聚合物(而不是诸如植物之类的生物)的方法。今年夏天，这家初创公司宣布已设法将所有16 GB的英语维基百科压缩到一小瓶这种材料中。
令人兴奋的远不至于此。 Catalog的通讯总监CJ Huntzinger表示：“简单地存储数据并不仅是我们能做的所有事情。” “甚至不一定是整个平台中最吸引人的部分。我们看到了更多的计算机会，这些东西可以为人类带来更多的价值，而不仅仅是将数据存储在很小的空间里。”
这包括在筛选基于DNA数据的能力方面的突破。 “将信息投入到这些DNA分子中时，我们已经建立了一种理论框架，以指导我们如何操纵这些分子来进行基本计算，从而形成复杂的功能。” Huntzinger继续说道，“在不久的将来，我们的目标是拥有一个通用的计算系统，在该系统中，我们可以将任何类型的布尔逻辑和功能转换为一组分子指令。因此，在我们对它们进行计算之前，我们不必将信息从DNA分子中提取到数字介质中。”
随着这项技术的不断发展，它不仅在存储方面提供了巨大的潜力，而且还能够跨PB级甚至是EB级的数据执行模式识别。
超低温存储
英国曼彻斯特大学(制造全能奇迹材料石墨烯背后的同一所大学)的研究人员还开发了一些令人印象深刻的下一代存储技术。他们创造了一种分子，这种分子可以以小得多的体积存储比当前硬盘多出数百倍的数据。问题是：它需要保持在极低的温度才能正常工作。尽管数据中心需要过冷技术才能使用，但它们也将能够大大减少其占用空间。运行更便宜，更节能，对环境的破坏更少。
“我们对制造可以存储磁性信息的分子感兴趣。” 曼彻斯特大学化学系资深讲师兼皇家学会大学研究学者Nicholas Chilton博士表示，“如果这行之有效的话，可能会带来一项非常有用的技术，因为分子非常非常小。远远小于用于存储信息的现有磁性材料。使用单分子磁体，我们可以潜在地制造密度比当前技术(如HDD和SSD)高100倍的数据存储介质，而HDD和SSD则面临着数据密度方面的局限性。”
由于单分子磁体能够在磁场关闭后的较长时间内记住施加磁场的方向，因此可以对其进行“写入”。 2017年，Chilton和曼彻斯特同事David Mills博士制备并研究了第一个“dysprosocenium”分子：夹在两个五元碳环之间的镝离子。从那以后，大学的另外两个小组根据Chilton和Mills的设计，通过制备更多的镝分子，进一步完善了这项工作。本月，他们发表了一篇描述这项工作的新论文。
“最近发表在《科学》杂志上的结果显示，磁性存储器的温度高达80开尔文，这是一个重要的里程碑，因为它高于液氮的温度，而液氮与液氦不同，是一种廉价而丰富的资源。” Chilton解释说，“但是，这并不意味着在液氮温度下的数据存储在分子中是可行的。这些数据可以存储在80开尔文时的时间长度是秒的量级上，我们需要把它放在几年的范围内，以便于实际应用。”
在这项研究的前沿，Chilton和Mills正在尝试用重元素磷代替环中的碳。虽然他们的第一个结果不是比全碳环更好，但他们俩希望这项研究将提供有关如何开发优质分子磁体的新思路。
仍然有一些瓶颈需要解决，比如如何将这些磁性分子放置在表面上而不影响它们的性能，以及如何保护每个分子中的记忆不与相邻分子相互作用。虽然Chilton承认，要使这一技术在商业上可行，还有“很长的路要走”，但这些令人兴奋的进展值得我们关注。
准备好进行5D光学存储
当然，如果超级冷藏还不能让你兴奋的话，那么通过使用激光将TB级数据雕刻到细小的玻璃盘中来改变数据存储的可能性又如何呢?那是英国南安普敦大学研究人员的使命宣言。为了开发可能存活数十亿年的数字数据存储，他们创建了依赖飞秒激光写入的记录和检索过程。
南安普顿光电研究中心教授彼得·卡赞斯基博士(Peter Kazansky)接受采访时表示：“我们正在开发主要用于对大量数据进行归档和冷存储的数据存储技术，例如用于数据中心和云。” “我们的目标之一是替换目前用于此类应用的磁带。我们的技术的优势在于极高的耐用性，因为我们使用石英玻璃作为存储介质，它可以在火灾或太阳耀斑等灾难中幸存下来，这可能对数据中心有害。另一个优势是我们为数据存储使用了额外的自由度，这有助于增加容量。”
该存储解决方案被描述为五维的。信息被编码为多层，包括通常的三个维度。但是，它也按照压印结构的方向和大小进行编码，从而为数据存储提供了五个自由度。该存储允许每个磁盘上存储数百TB的数据容量。它还具有高达华氏1800度的热稳定性。与仅持续十年左右的磁带的脆弱性相比，这种方法似乎是坚不可摧的。
南安普敦大学的研究引起了微软的兴趣。上文中微软Project Silica项目就是来源于此，旨在开发玻璃中的5D光存储技术，这是有史以来第一项为云端媒体设计和建造的存储技术。卡赞斯基承认，“当前的主要瓶颈是书写速度的提高。”
哪一个最重要?
目前，这三种方法都处于研究的各个阶段。每一个都有其独特的时间表、挑战以及潜在的好处和原因。
我们最终会看到什么样的数据存储的未来?这很难说。在当今的存储方法像3½软盘被取代之前，还有许多工作要做。
坦率地说，无论采用哪种方法，真正的赢家都是那些使用该技术的人。因为，永远不必再删除任何东西。
