Microsoft zet in op Glass als digitaal archief voor millennials.

Midden in het digitale tijdperk, Microsoft heeft ervoor gekozen om naar het verleden te kijken om een ​​zeer modern probleem op te lossen.Hoe kun je enorme hoeveelheden informatie duizenden jaren bewaren zonder dat de opslagmedia verslechteren of dat je alles steeds opnieuw moet kopiëren?

Het bedrijf werkt al jaren via zijn onderzoeksafdeling aan Project Silica, een technologie die gegevens in glas opslaat. en waarvan in het laboratorium al is aangetoond dat het zou kunnen Bewaar leesbare informatie voor meer dan 10.000 jarenDe meest recente sprong, gedetailleerd beschreven in het wetenschappelijke tijdschrift. NatuurDit wijst direct op de industriële haalbaarheid van dit systeem.

Waarom Microsoft overweegt om onze gegevens in glas op te slaan

Tegenwoordig, Het grootste deel van het langetermijnarchief bevindt zich op magneetbanden en harde schijven.Ze zijn goedkoop en relatief betrouwbaar, maar ze hebben een groot probleem: hun levensduur is amper tien jaar. Daarna moeten gegevens worden overgezet naar nieuwe opslagmedia, met alle bijbehorende economische, energie- en logistieke kosten voor bedrijven, overheidsinstanties en datacenters in Europa en de rest van de wereld.

De opkomst van kunstmatige intelligentie en clouddiensten heeft het opslagverbruik doen toenemen. Er worden dagelijks meer dan 300 miljoen terabytes aan data gegenereerd.Analisten schatten dat de limiet van 175 zettabytes over slechts enkele jaren bereikt zal worden. In deze context onderzoekt Microsoft een radicaal ander alternatief: glas gebruiken als archiveringsmedium in hun cloudinfrastructuren, waaronder Europese, om zowel de onderhoudskosten als de energiebelasting te verlagen.

Glas is, in tegenstelling tot andere materialen, Chemisch inert, bestand tegen water, stof, hitte en elektromagnetische interferentie.Het demagnetiseert niet en raakt niet beschadigd door straling zoals een schijf of tape. Project Silica wil deze fysieke stabiliteit benutten om een ​​soort "digitale bibliotheek in glas" te creëren die langer meegaat dan welk bestaand datacenter dan ook.

De onderzoekers presenteren deze technologie als een Ondersteuning voor bestanden die eenmalig worden beschreven en vaak worden gelezenHet wordt eenmaal vastgelegd, kan niet worden overschreven en wordt alleen geraadpleegd wanneer dat nodig is. Met andere woorden, Het is ontworpen voor gegevens die tientallen of zelfs eeuwenlang bewaard moeten blijven. (juridische, historische, wetenschappelijke of culturele documenten), maar die zelden worden gewijzigd.

Zo werkt Project Silica: laserschrijven in glas.

De kern van Microsofts voorstel is een techniek die Het registreert digitale informatie in het glas met behulp van femtoseconde laserpulsen.Dat wil zeggen, ultrasnelle flitsen van extreem hoge energie die een quadriljoenste van een seconde duren. Deze pulsen veroorzaken minuscule, permanente veranderingen in de interne structuur van het kristal.

Elk van deze wijzigingen is een voxel (een driedimensionale "pixel") die meer dan één bit aan informatie kan coderenIn plaats van uitsluitend te vertrouwen op de aanwezigheid of afwezigheid van een merk, Silica vertoont interactie met verschillende fysische parameters.: de manier waarop de polarisatie van licht verandert wanneer het door het glas gaat, de fase ervan, de oriëntatie van de vervorming, of de diepte waarop deze zich in de plaat bevindt.

Aanvankelijk vereiste het schrijven van elke voxel meerdere laserpulsen, wat de snelheid beperkte. Het Microsoft-team heeft dit proces geoptimaliseerd om reduceer het tot één of twee pulsen per voxel.en heeft een parallel schrijfsysteem ontwikkeld met een multibeam-laser waarmee veel datapunten tegelijk op hetzelfde stuk glas kunnen worden vastgelegd.

Om die informatie af te lezen, worden geen magnetische koppen of naalden gebruikt: Er wordt gebruik gemaakt van een optisch systeem met camera en geavanceerde microscopie.De plaat wordt verlicht met gepolariseerd licht en een camera legt de variaties vast die worden veroorzaakt door de voxels in honderden overlappende lagen. Vervolgens, Machine learning-algoritmen decoderen de patronen. en vertaal die optische veranderingen terug naar enen en nullen, waarmee wordt weergegeven hoe informatie wordt overgedragen.

Het resultaat is een medium waarin de gegevens fysiek "opgesloten" zitten in het glas. Eenmaal geschreven, kunnen ze niet meer worden gewijzigd of overschreven., wat aansluit bij het idee van een zeer langdurig, onveranderlijk archief dat zelfs extreme scenario's kan doorstaan.

Van gesmolten silica tot borosilicaatglas: de sprong naar commercialisering.

De eerste demonstraties van Project Silica waren gebaseerd op zeer zuiver gesmolten silicaglasHet is een zeer stabiel, maar complex en duur materiaal om te produceren, dat slechts bij een paar gespecialiseerde leveranciers verkrijgbaar is. Dit vormde een duidelijk obstakel voor het opschalen van de technologie naar een industrieel niveau of voor de integratie ervan in grote datacenters in Europa en andere regio's.

In de laatst gepubliceerde voortgangsrapporten heeft het Microsoft-team aangetoond dat Het is mogelijk om betrouwbaar gegevens vast te leggen op borosilicaatglas....hetzelfde type glas dat gebruikt wordt in kookgerei, ovendeuren en laboratoriumapparatuur. Het is een veel gangbaarder materiaal, met aanzienlijk lagere productiekosten en een bredere toeleveringsketenwaardoor het systeem dichter bij toekomstige commerciële exploitatie komt.

Volgens de onderzoekers is deze materiaalovergang Het neemt een van de grootste belemmeringen voor de industrialisatie van siliciumdioxide weg.De kosten en beschikbaarheid van het fysieke opslagmedium. Experimenten tonen aan dat borosilicaatglas honderden lagen data kan bevatten op platen van slechts 2 millimeter dik, waarbij de leesbaarheid behouden blijft na versnelde verouderingsprocessen.

Het bedrijf heeft ook de leestechnologie vereenvoudigd. Waar voorheen drie of vier camera's nodig waren, is er nu nog maar één nodig.Dit vermindert zowel de omvang als de kosten van de apparatuur die nodig is om de gegevens op te halen. Ook schrijfsystemen zijn opnieuw ontworpen om minder mechanische onderdelen te gebruiken, waardoor ze gemakkelijker te kalibreren en in massaproductie te vervaardigen zijn.

Dit werk introduceert tevens een nieuw concept: de “fasevoxels”In plaats van uitsluitend te vertrouwen op polarisatieveranderingen, wijzigt deze techniek hoe de fase van licht zich gedraagt ​​wanneer het door het glas gaat. Dit maakt efficiëntere datacodering mogelijk, en wat relevant is voor de industrie is dat Deze fasevoxels kunnen zowel in gesmolten silica als in borosilicaatglas ontstaan..

huidige systeemcapaciteit, prestaties en beperkingen

In een van de beschreven configuraties, Silica heeft 4,8 terabyte aan data kunnen opslaan. Op een vierkante glazen plaat van ongeveer 12 centimeter aan elke zijde en 2 millimeter dik. Dat is een capaciteit die overeenkomt met ongeveer 2 miljoen gedrukte boeken of zo'n 5.000 films in 4K-resolutie, samengeperst op een medium ter grootte van een dikke onderzetter.

In andere experimenten is dit wel gelukt. Een record van 4,8 TB, verdeeld over 301 lagen. Binnenin een laag borosilicaatglas van slechts enkele millimeters dik. Deze meerlaagse structuur is essentieel voor het verhogen van de opslagdichtheid zonder de fysieke afmetingen van het component te vergroten.

De schrijfsnelheden liggen echter nog ver achter bij de moderne SSD-standaarden. Sommige tests hebben ongeveer snelheden van ongeveer 1000 MHz gemeten. 3,13 megabytes per secondeDit cijfer is voldoende voor archiveringsapplicaties, maar veel te laag voor systemen die intensief met transacties of dagelijks gebruik werken. Microsoft benadrukt dat Het doel is niet om harde schijven te vervangen bij taken die continu in gebruik zijn.maar bieden een uiterst duurzame cloudarchiveringslaag.

Wat het uitlezen betreft, maakt het gebruik van één enkele camera en op machine learning gebaseerde classificatiemodellen het volgende mogelijk: Verminder driedimensionale interferentie tussen symbolen en lagen.De algoritmen zijn getraind om informatie correct te onderscheiden, zelfs wanneer voxels zeer dicht bij elkaar liggen, zodat optische "ruis" het herstel van opgenomen bits niet verhindert.

Een van de structurele beperkingen van het systeem is dat Het staat herschrijven niet toe.Elk stuk glas is opgevat als een gesloten archief: zodra het vol is, wordt het opgeslagen in een bibliotheek en tijdens het opnameproces vervangen door een nieuw stuk. Dit is het meest geschikt voor permanente archieven, zoals grote onderzoeksarchieven, back-ups voor noodgevallen of audiovisuele collecties.

10.000 jaar duurzaamheid: verouderingstests en resterende uitdagingen

Om de belofte van een lange levensduur te testen, hebben onderzoekers van Microsoft zich gewend tot versnelde verouderingstechniekenDoor geëtst glas gedurende relatief korte perioden bloot te stellen aan hoge temperaturen (rond 290 °C), kunnen we extrapoleren hoe het materiaal zich bij kamertemperatuur gedurende duizenden jaren zou ontwikkelen.

Deze tests, in combinatie met een Nieuwe niet-destructieve optische methode voor het analyseren van voxelstabiliteitZe suggereren dat de gegevens minstens 10.000 jaar na het schrijven leesbaar zouden blijven. Bij lagere temperaturen zou de theoretische duurzaamheid zelfs nog verder kunnen worden verhoogd, wat relevant is voor datacenters in gematigde klimaten zoals een groot deel van Europa.

De auteurs erkennen echter zelf dat Dit type testen dekt niet alle mogelijke scenario's.Factoren zoals mechanische spanning, stoten, extreme trillingen of chemische corrosie door de omgeving kunnen glas in de loop der eeuwen aantasten; bijvoorbeeld handelingen zoals een gat in een glas maken Ze zouden de structuur kunnen verzwakken. De technologie is daarom opgevat als een onderdeel van een gecontroleerde infrastructuur, met rekken en robots die het fysieke risico voor de panelen minimaliseren.

Externe onderzoekers, zoals die van de Shandong Universiteit, hebben deze aanpak beschreven als een mogelijke mijlpaal in de geschiedenis van kennisopslag...op het niveau van media die zo divers zijn als orakelbeenderen, middeleeuws perkament of moderne harde schijven. Het idee is dat Een enkel glasscherfje kan cultuur en wetenschappelijke gegevens duizenden jaren overbrengen..

In elk geval moeten, voordat deze visie op grote schaal gerealiseerd kan worden, kwesties zoals de kosten van de schrijf- en leesapparatuur, de standaardisatie van formaten en de integratie met bestaande cloudinfrastructuren in regio's zoals de Europese Unie, die strenge regelgeving hebben op het gebied van gegevensbescherming en archivering.

Glazen databanken: zo zullen de databibliotheken van de toekomst eruitzien.

Het langetermijnplan van Microsoft beperkt zich niet tot de productie van isolerende glasplaten. Het bedrijf heeft een visie op... grote geautomatiseerde bibliotheken In deze systemen neemt elk stuk glas een vaste positie in in rekken waarin duizenden of miljoenen exemplaren zijn opgeslagen. Gespecialiseerde robots zijn verantwoordelijk voor het verplaatsen van de platen tussen de opslag-, lees- en schrijfgebieden.

Een van de voordelen van deze aanpak is dat De rekken waarin het glas wordt opgeslagen, hebben geen continue stroomvoorziening nodig.In tegenstelling tot de huidige systemen, waarbij harde schijven en tapes onder zeer specifieke temperatuur- en vochtigheidsomstandigheden bewaard moeten worden, kunnen de kristallen hier tientallen jaren inert blijven zonder energieverbruik, waardoor de kosten en de CO2-uitstoot van datacenters worden verlaagd.

Om de integriteit van de bestanden te waarborgen, Microsoft is van plan de schrijfruimtes fysiek te scheiden van de rest van de bibliotheek.De materiaalstroom zou unidirectioneel zijn: de kristallen worden beschreven, geverifieerd en vervolgens permanent naar het archief overgebracht, zonder de mogelijkheid om terug te keren naar de opnameapparatuur en dus zonder risico op onbedoeld overschrijven.

In een Europees implementatiescenario zouden deze bibliotheken het volgende kunnen bevatten: Back-ups van cruciale gegevens voor overheidsinstanties, banken, ziekenhuizen of grote bedrijven., in lijn met de eisen voor langdurige documentbewaring die door veel gemeentelijke regelgeving worden gesteld.

Het systeem sluit ook aan bij het idee van een 'gelaagde' cloud: snelle lagen voor directe toegang tot live data (SSD's, harde schijven) en een diepe archieflaag in glas, bedoeld voor informatie die alleen wordt geraadpleegd tijdens audits, onderzoeken of historische restauraties.

Als de technologie van Microsoft Glass-gegevensopslag wordt commercieel gevestigd, Het landschap van digitale archivering zou aanzienlijk kunnen veranderen.Vooral in regio's zoals Spanje en de rest van Europa, waar regelgeving, de bescherming van cultureel erfgoed en de duurzaamheid van datacenters van het grootste belang zijn, biedt een opslagmedium dat duizenden jaren meegaat zonder constante verplaatsingen of een hoog energieverbruik een alternatief voor de vicieuze cirkel van voortdurende technologische vernieuwing. Het maakt het bovendien mogelijk om een ​​aanzienlijk deel van het digitale geheugen van ons tijdperk letterlijk in glas te vereeuwigen voor toekomstige generaties.