如何在小而坚固的玻璃盘上存储 500TB 的数据

自 2014 年以来，Peter Kazansky 一直致力于研究一种称为五维（或 5D）的数据存储技术。今年 10 月，他和研究伙伴宣布他们已经破解了这一技术：一种在 CD 大小的光盘上存储大量数据的新方法，使用的格式即使经过煮沸、烘烤、淹没或消磁也不会降低数据质量。

2014 年，卡赞斯基所在的团队创造了最耐用的存储介质，并因此荣获吉尼斯世界纪录。该发明是一块玻璃盘，使用寿命为 138 亿年，容量为 360 TB，其设计目的是确保我们的数据能够世世代代传承下去。

“那是第一次演示，”南安普顿大学光电子研究中心的卡赞斯基教授说。“现在我们正进入实际阶段。”

他的最新作品是一张容量为 500 TB 的光盘。作为参考，2012 年，国会图书馆拥有超过 3,000 TB 的数据。因此，国会图书馆 16% 的藏书可以存放在这张光盘上。这意味着，只需几张这样的光盘，就可以保存整个图书馆的藏书。

这为什么重要？

正如研究公司 Techsponential 总裁兼首席分析师 Avi Greengart 指出的那样，世界正经历着数据爆炸式增长。“这意味着该行业需要更多具有快速读写时间和更长使用寿命的超大容量存储机制，”他说。

我们目前用来存储数据的东西无法达到这种寿命。磁带（例如旧的 VHS 磁带或盒式磁带）和硬盘驱动器是博物馆和档案馆等场所的常用数据存储介质。但这些硬盘驱动器和盒式磁带只能持续这么长时间。卡赞斯基的发现可能是一个长期解决方案，最终可能成为文明的最大问题之一。

“存储在 CD 或 DVD 上的信息可能可以保存 10 年，”Kazansky 说道。（这个时间可能会有所不同。）“磁带可以保存 15 年，硬盘可以保存 5 年。但有了这种超快激光写入的新方法，我们可以无限期地存档。”此外，保存在软盘上的文件或保存在磁带上的音乐可能最终无法访问，因为读取这些介质的工具会变成古董并完全不再使用。

由于担心数据会随着时间的推移而退化，每隔几年就必须迁移以数字格式存储的数据。这是一个昂贵且耗时的过程，Kazansky 对此非常了解，因为他和他的团队多年来一直与国会图书馆合作解决这个问题。

“如果我们成功了，就不需要迁移数据了，”他说，“这个问题就解决了。”

事实上，我们可能正生活在所谓的“数字黑暗时代”。这意味着我们无法为子孙后代留下足够持久的生活记录，因为我们用于保存数据的文件格式、软件和硬件都无法长期保存。

卡赞斯基说：“我们对古代石刻作品的了解可能比后代对我们的了解还要多，因为我们所有的档案存储都是以数字形式托管的，而这些存储肯定会被破坏。”

刻在石头上的洞穴壁画比磁带或硬盘更耐用。这是个大问题。这也是卡赞斯基多年来一直在思考的解决方案。

卡赞斯基的方法是如何起作用的？

古人用石头和锤子在洞穴中雕刻壁画，用工具从物理上改变材料的性质。卡赞斯基的项目遵循了类似的原理。

“我们还用激光束进行切割，”他说，“我们也像凿子一样实际使用激光束。”利用激光束，卡赞斯基在玻璃上制造出小空腔，创造出一种高度稳定的材料，可在 2,000 度的温度下生存。

硬盘和磁带是业界目前备份数字数据的首选方式，它们不会通过物理变化来存储信息。信息以变化的磁性形式存储，将这些存储形式加热到 2,000 度会很容易损坏它们。

传统硬盘将数据存储在旋转的磁性介质盘片上，使用寿命为三到五年（当然，实际使用情况会有所不同），但固态硬盘更可靠，将内存存储在微芯片上，使用寿命约为硬盘的两倍。与硬盘不同，固态硬盘没有移动部件，摔落时更耐用。

但卡赞斯基的方法使用特殊的激光，产生非常强烈的脉冲，形成强大的电场，产生类似闪电的击穿。由于这些脉冲非常短，所以这种闪电非常精确，产生的微爆炸会在玻璃中形成小空腔，这些小空腔可以精确成型并持久耐用。

它的局限性是什么？

主要的限制因素是激光刻录 TB 级数据的速度。过去几年，科学家已经大幅提高了激光刻录速度，但目前的速度约为每秒 1MB，这意味着写入 500TB 的数据可能需要数十年时间。

卡赞斯基的下一个挑战就是如何加快这一进程。但与此同时，他可以利用自己已经创造的东西来帮助一个行业：好莱坞。

电影行业拥有超过 100 年的旧电影档案，每隔三到五年就必须迁移所有这些档案，以避免数据降级的可能性。但在 2019 年，卡赞斯基与微软和华纳兄弟合作，制作了一块小玻璃，用于存储 1978 年的《超人》电影。

这对于电影行业来说是一大福音，因为电影行业一直在寻找新的方式来保存他们的档案资产；对于档案管理员来说，这也是一次胜利，因为他们多年来一直在警告公众数字黑暗时代的危险。

但卡赞斯基的眼光不局限于好莱坞。“现在我们每小时可以读取 1GB，这意味着我们可以在几个小时内记录一个人的 DNA，”他说。“如果 10,000 年后他们发现含有 DNA 的晶体，也许他们就能重建一个人。”

虽然目前卡赞斯基的大部分作品仍留在南安普顿大学的实验室里，但他的一块晶体却被装在猎鹰重型火箭上。这个被称为太阳图书馆的作品包含了艾萨克·阿西莫夫的整个科幻小说《基地三部曲》。

卡赞斯基承认：“所有这些都有点超前，但还是有可能的。”