Цифровые данные не рассчитаны на хранение десятилетиями, не говоря уже о веках. Жесткие диски и SSD со временем выходят из строя, архивные ленты нужно регулярно переписывать, а облачные сервисы зависят от электричества, серверов и самих компаний. На этом фоне проект Microsoft Silica предлагает другой подход — записывать информацию прямо внутрь стеклянных пластин с помощью фемтосекундных лазеров. И это не фантастика, а реальность. Команда проекта показала рабочий прототип, увеличила скорость записи и продемонстрировала, что при обычных условиях данные могут сохраняться не менее 10 тысяч лет. Давайте разберемся, что это за технология, как она работает и на каком этапе развития находится.
Что за технология?
Исследователи Microsoft Research продемонстрировали запись и считывание реальных объёмов данных на стеклянных пластинах. В кварцевом варианте плотность достигает 4,84 ТБ на один такой накопитель, в боросиликатном — около 2,02 ТБ. Скорость записи доведена до 65,9 мегабит в секунду при работе четырёх параллельных лазерных лучей. Новая схема считывания позволяет обходиться одной камерой вместо нескольких, как раньше. Ускоренные термические испытания (нагрев носителя до почти 300 °C) показывают, что данные могут храниться не менее 10 тысяч лет при комнатной температуре.
Пластина размером 120×120 мм и толщиной 2 мм служит объёмным носителем: лазер формирует внутри неё трёхмерную сетку вокселов — микроскопических участков с изменёнными свойствами. Фемтосекундные импульсы перестраивают структуру стекла на наноуровне: либо меняется показатель преломления, либо возникает анизотропия с двойным лучепреломлением. Параметры импульса — поляризация и энергия — задают состояние каждой точки, что позволяет кодировать несколько бит информации в одном элементе.
Запись происходит послойно: лазер фокусируется на нужной глубине, импульс меняет структуру без ущерба для окружающего объема. Чтобы ускорить процесс, применяют параллельную работу — до четырех лучей в демонстрациях, с перспективой увеличения их количества до 16 и даже больше. Теоретический предел скорости записи — 263,6 Мб в секунду. С текущими 65,9 Мб/с на боросиликате (против 25,6 на кварце) на полную пластину уходит много часов — это строго архивный носитель, одноразовый по своей природе: перезаписывать нельзя.
Считывают все это через фазово-контрастный микроскоп: оптика сканирует слои, фиксирует искажения света, а нейронная сеть декодирует вокселы в биты, справляясь с шумом. Дополнительно используются алгоритмы коррекции ошибок, которые позволяют восстановить данные даже при частичных искажениях сигнала.
В кварцевом стекле плотность записи самая высокая — до 4,84 ТБ на пластину с 301 слоем. В боросиликате — 2,02 ТБ с 258 слоями, но этот материал дешевле и проще в обработке. Плюс переход на него упростил производство и снизил требования к оборудованию — теперь достаточно одной камеры для чтения, как и говорилось выше.
Технологию проверили на практике. Записали массив карт из авиасимулятора Microsoft, а затем без проблем считали. Ошибок или сбоев не было.
Почему стекло держит данные тысячелетиями?
Боросиликат, не говоря уже о кварце, исключительно стабилен: он не боится воды, пыли, электромагнитных полей и резких перепадов температур. Структура вокселов не деградирует со временем. Атомная сетка из кремния и бора фиксирует изменения намертво, без диффузии или химических реакций, которые разрушают магнитные или органические но��ители.
В отличие от дисков, где слои окисляются, или лент, что размагничиваются со временем, стекло пассивно: не требует энергии для поддержания, не нуждается в охлаждении или климат-контроле. Положил в хранилище — и пусть лежит. Тесты с кипячением, нагревом или механическими повреждениями показывают: информация извлекается без ошибок. Это делает носитель идеальным для сценариев, где данные должны пережить поколения, включая возможные катастрофы — потопы, пожары или даже долгосрочные изменения инфраструктуры.
По сравнению с другими подходами, вроде хранения в ДНК, стекло выигрывает в скорости доступа — минуты на чтение против суток на синтез. Боросиликат производят массово, так что дефицита не будет.
Зачем это нужно?
Данные генерируются человечеством в огромных объемах: научные эксперименты, стриминговые архивы, корпоративные бэкапы — петабайты ежегодно, и традиционные носители не справляются с долгосрочным хранением без постоянных вложений. Магнитные ленты, главный конкурент в архивном сегменте, требуют перезаписи каждые 5–10 лет, чтобы избежать потери битов, плюс вся экосистема — приводы, роботы, климат-контроль — выстроена и масштабируется, но стоит денег и постоянных затрат энергии.
Облачные провайдеры сейчас активно ищут возможность снизить расходы на холодные архивы. И стекло — хороший выход, ведь это пассивное хранение без миграций и энергозатрат в состоянии покоя.
Все дело в том, что пластины не потребляют ток в режиме ожидания — просто складывай на полки и храни себе веками. Для культурного наследия это спасение: Microsoft уже демонстрировала запись фильмов, показывая, как кино или документы можно сохранить без риска деградации. В эпоху, когда информация — на вес золота, такая долговечность позволяет не терять знания из-за технических ограничений.
Технология идеально подходит для отраслей, где нет частого обращения к информации. Национальные архивы, музеи, библиотеки с цифровым наследием — исторические документы, кино, музыка фиксируются раз и навсегда. По сравнению с магнитными лентами, которые перезаписывают и поддерживают в специальных условиях, здесь выгода в пассивности: нет миграций, нет энергозатрат, хотя экономическое преимущество еще предстоит доказать на больших масштабах.
Для науки такая система особенно актуальна: астрономические каталоги, климатические модели, геномные базы — это огромные массивы данных, которые необходимо сохранять десятилетиями без регулярной миграции на новые носители.
Проблемы проекта
Технология хороша, но и ограничений немало. Так, скорость записи около 65,9 мегабит в секунду даже при работе четырёх лазерных лучей – слишком медленно по меркам современных систем хранения. Запись терабайтов занимает часы, если говорить о петабайтах все гораздо дольше. Плюс потребуется масштабирование оборудования и серьёзные инвестиции. Поэтому речь не идёт о замене SSD или жёстких дисков для повседневной работы — стекло рассматривается именно как носитель для холодного архива с редким доступом.
Но записать данные еще полбеды. Нужно же и прочесть. А чтение требует специализированной оптики, калибровки и обработки через нейросети — оборудование дорогое и сложное. Переход на боросиликат упростил производство и снизил требования к материалу, но плотность записи в нём ниже, чем в кварцевом стекле, поэтому пришлось пойти на компромисс между ёмкостью и технологичностью. Кроме того, технология пока не встроена в существующую инфраструктуру дата-центров: нет стандартов и готовых решений для интеграции в экосистему ленточных библиотек.
Есть и еще одна проблема, которую сложно разрешить. Сам по себе носитель может сохраниться столетиями, однако его ценность зависит от возможности прочитать записанное. Если в будущем не останется оборудования или документации по формату, данные рискуют стать недоступными.
Плюс здесь в том, что Project Silica уже нельзя назвать просто идеей — систему показали в работе, параметры записи и чтения измерены и проверены, испытания на долговечность проведены. Переход на боросиликат сделал технологию практичнее, но это всё ещё крайне специализированное решение, а не готовая замена существующим архивным носителям.
Пока стекло подходит прежде всего для долгосрочного хранения холодных данных. Для массового использования требуется удешевить оборудование, решить вопросы стандартизации и интеграции в инфраструктуру дата-центров. Работа в этом направлении продолжается, и до широкого внедрения, скорее всего, пройдёт ещё несколько лет.