Какие альтернативные накопители предлагают на рынке хранения данных

РБКHi-Tech

Ген памяти

Долгосрочное хранение огромных массивов данных доверят стеклу, керамике и синтетическим ДНК

Автор: Мария Решетникова

Существующие сегодня хранилища данных не способны справиться со стремительно растущими объемами информации. Для решения этой проблемы исследователи разрабатывают альтернативные накопители, опираясь на достижения в сферах оптики и генетики.

По данным Statista, ежедневно в мире генерируется 328,7 млн Тб данных, а к 2025 году объем созданной в глобальном масштабе информации превысит 180 зеттабайт (в одном Зб поместятся данные, например, с 83 млн жестких дисков емкостью 12 Тб). Однако лишь небольшой ее процент удается эффективно сохранить. Это вызов для рынка хранения данных, и поэтому его игроки постоянно предлагают все новые решения. Согласно исследованию Global Market Insights, к 2032 году он будет оцениваться более чем в $150 млрд. Компании уже представляют технологии, которые позволят хранить огромные массивы информации в течение тысячелетий.

Архивы в стекле

Фото: Microsoft

Microsoft разрабатывает технологию хранения информации на кварцевом стекле под названием Project Silica с 2017 года. Уже в 2019 году корпорация впервые записала на стеклянный носитель размером 75x75 мм и толщиной 2 мм фильм «Супермен» 1978 года. В 2023 году компания начала позиционировать Project Silica как решение для рынка хранения данных на облачных серверах.

Microsoft использует технологии сверхбыстрой лазерной оптики и искусственного интеллекта. Лазер кодирует данные в стекле в виде слоев трехмерных решеток. Эти узоры создают поляризованный свет, проходящий через кварцевое стекло. Алгоритмы машинного обучения считывают световой узор и декодируют записанные данные.

Особенность проекта в том, что он нацелен на хранение «холодных» данных — архивов или другой информации, к которой не нужно часто обращаться. При этом используемое в проекте твердое кварцевое стекло способно выдержать кипячение в воде, нагревание в духовке и микроволновой печи, мытье и чистку, размагничивание и другие воздействия окружающей среды. Оно не требует особых условий хранения.

Как отмечают в Microsoft, такие носители способны обеспечить бессрочное хранение информации «в течение 50, 100 или 1 тыс. лет, пока она не понадобится детям наших правнуков». Так, используя технологию Project Silica емкостью 7 Тб, можно хранить около 1,75 млн песен или около 3,5 тыс. фильмов в течение 10 тыс. лет.

5D-оптика

Фото: University of Southampton 151

2013 году исследователи из Университета Саутгемптона (Великобритания) продемонстрировали рабочую технологию записи данных на кварцевый носитель. Они использовали «кристаллы памяти» из кварца, куда лазером записывали данные с пятью разными характеристиками, включая координаты в трех измерениях, ориентацию и объем. При этом последние два показателя ученые смогли контролировать при помощи интенсивности лазерного луча.

Ученые использовали лазер со сверхкороткими импульсами (фемтосекундный лазер), который наносил на кристалл точки слоями на расстоянии 5 мкм (0,005 мм). Полученные данные считывались с помощью оптического микроскопа. Сначала на кварцевый диск получилось записать текстовый файл объемом 300 Кб, но со временем на таких носителях смогли уместить Всеобщую декларацию прав человека, трактат Ньютона «Оптика», Великую хартию вольностей и Библию.

Разработчики утверждают, что технология больше всего подойдет музеям, библиотекам, промышленным предприятиям, которым нужно хранить множество «холодных» данных. Срок хранения информации не ограничен, а условия окружающей среды могут быть любыми, главное, чтобы сам диск не получал физических повреждений.

Интересно, что некоторые из разработок британских исследователей использовала и Microsoft в упомянутом выше Project Silica.

Керамическая нанопамять

Фото: Cerabyte

Осенью 2023 года немецкий стартап Cerabyte представил первый прототип системы хранения архивных данных, которая использует стекло, керамику и лазер. Создатели прототипа утверждают, что такие носители позволят хранить до 10 петабайт (Пб, 1 048 576 Гб) данных в течение минимум 5 тыс. лет.

Носитель представляет собой небольшой стеклянный квадрат или гибкую стеклянную ленту, на которую нанесены слои керамики толщиной от 50 до 100 атомов. Данные на нее записываются при помощи фемтосекундных лазеров, при этом за один импульс можно нанести 2 млн бит информации. Сверху накопитель также покрыт несколькими слоями специальной керамики толщиной примерно по 300 мкм каждый. Информацию с него можно считать при помощи микроскопа высокого разрешения. Как отмечают в Cerabyte, устройство может быть двусторонним. Оно доступно только для чтения или записи данных, но информацию на нем изменить нельзя.

Керамический материал устойчив к большинству неблагоприятных условий: температурам от −273 до 300 градусов Цельсия, кислотам, электромагнитным импульсам и другим воздействиям. Носители планируется размещать в роботизированных хранилищах в специальных модулях. Особенность системы также заключается в высокой скорости считывания данных с носителей. Так, за секунду можно будет считать 1 Гб информации и более.

В 2024 году Cerabyte планирует выпустить первый керамический носитель, а в течение нескольких лет наладить выпуск носителей с гибкой стеклянной лентой большей емкости. Предполагается, что первые устройства будут вмещать от 10 до 100 Пб, а в последующих поколениях плотность хранения материала достигнет 1 Тб данных или более на 1 кв. мм. К 2030 году Cerabyte планирует разработать носители в виде картриджей на 100 Пб, а к 2035-му — керамическую ленту, способную хранить 1 эксабайт данных (1 073 741 824 Гб).

ДНК-хранилища

Фото: Microsoft Research

В природе ДНК кодирует, хранит и делает читаемыми огромные объемы генетической информации в крошечных пространствах (клетках, бактериях и вирусах), причем с высокой степенью точности и воспроизводимости. За последнее десятилетие исследователи выяснили, что нити синтетической ДНК, которые «плетутся» в лабораториях, также позволяют эффективно записывать данные. Так, в одном грамме ДНК помещается 215 Пб данных, которые можно хранить до 2 тыс. лет. В 2010 году биологи из Гонконга сумели внедрить в клетку бактерии E.coli синтетическую ДНК, а в 2012 году ученые из Гарварда записали в нее 643 Кб данных.

Уже в 2016 году Microsoft закупила 10 млн нитей синтетической ДНК у биологического стартапа Twist Bioscience для проверки технологии записи. Исследователи Microsoft разработали способ записи последовательностей единиц и нулей при помощи блоков последовательностей ДНК или нуклеотидов. Единицей хранения в такой системе выступает последовательность примерно из 200 нуклеотидов с объемом информации 50–100 бит.

В 2019 году Microsoft и Вашингтонский университет представили автоматизированную систему кодирования и считывания данных ДНК. В ней лабораторное оборудование подает необходимые жидкости и реагенты в синтезатор, который собирает изготовленные фрагменты ДНК и помещает их в емкость для хранения. Когда информацию нужно извлечь, система добавляет другие химические вещества для правильной подготовки ДНК и использует микрофлюидные насосы для проталкивания жидкостей в те ее части, которые считывают последовательности и преобразуют их в данные.

Исследователи также разработали методы поиска по определенным параметрам — например, изображений с яблоком или велосипедом — с использованием самих молекул ДНК и без необходимости конвертировать их в цифровой формат. Для этого используются магнитные наночастицы — метки, которые привязываются к определенным запросам ДНК и извлекаются с помощью магнита. Сами ДНК-носители будут храниться в специальных капсулах, к каждой из которых будет крепиться такая метка.

В 2023 году исследователи из Технического университета Эйндховена (Нидерланды) представили усовершенствованную микрокапсулу из белков и полимера, которая позволит не только эффективно хранить ДНК-носители, но и считывать информацию сразу с нескольких из них и копировать ее, используя реакции молекул на разные температуры.

В 2020 году Microsoft, Twist Bioscience, производитель систем анализа генетического разнообразия Illumina и производитель накопителей данных Western Digital объявили об основании Альянса хранения данных ДНК для дальнейшего развития технологии.

Участники альянса отмечают, что ДНК в будущем позволит хранить огромные массивы информации в ограниченном пространстве. Например, десять полнометражных фильмов можно будет сохранить на носителе размером с крупинку соли. Однако система, так же как и описанные выше, предназначена для «холодных» данных из-за ограниченной скорости их извлечения.

Свой подход, основанный на ДНК, предложили и исследователи Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария). По их мнению, носителем данных могут выступать нити ДНК или нанопоры, которые создают бактерии Aeromonas Hydrophila в живых клетках при помощи токсина под названием аэрозилин. Они представляют собой отверстия наноразмера, которые бактерии пробивают в другие клетки, чтобы разрушить их. В итоге ДНК-молекула проходит через нанопору как струна под напряжением и ее различные компоненты производят отчетливые электрические сигналы, которые можно использовать для считывания данных с точностью 100%.

Методы машинного обучения уже позволяют декодировать такую информацию. Создатели метода утверждают, что подобная система гораздо дешевле, чем использование обычных нитей ДНК, однако пока она слишком сложна для широкого применения. Кроме того, в настоящее время таким методом можно считать только небольшой объем данных — всего до 4 бит.

Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

«Будущий интернет будущего» «Будущий интернет будущего»

Что такое Web 3.0 и когда наступит эпоха Web 4.0

РБК
6 российских сериалов о психологических манипуляциях и абьюзе 6 российских сериалов о психологических манипуляциях и абьюзе

О шести российских сериалах, которые освещают разные проявления абьюза

Psychologies
Царство янтаря: Самые удивительные находки из бирмита Царство янтаря: Самые удивительные находки из бирмита

О нескольких удивительных находках, обнаруженных в бирмитах

Наука и техника
Intel UHD Graphics или Intel Iris Xe Graphics: что лучше Intel UHD Graphics или Intel Iris Xe Graphics: что лучше

Муки выбора между графикой Intel UHD Graphics и Intel Iris Xe... В чем отличия?

CHIP
Ольга Сварник: «Мозгу постоянно нужна новизна» Ольга Сварник: «Мозгу постоянно нужна новизна»

О мире, где человек вынужден конкурировать с нейросетями

РБК
Необратимость: как вернуться к себе, пережив насилие Необратимость: как вернуться к себе, пережив насилие

Что делать, чтобы найти в себе силы жить дальше после пережитого насилия?

Psychologies
7 фраз, с помощью которых легко завести друзей в любом возрасте 7 фраз, с помощью которых легко завести друзей в любом возрасте

Друзей можно завести и в солидном возрасте: помогут эти фразы

Maxim
Как сохранять концентрацию: 3 рабочие стратегии Как сохранять концентрацию: 3 рабочие стратегии

Как управлять вниманием и учиться держать фокус в рабочее время и не только?

Psychologies
Что такое «Пифагоровы штаны» и как египтяне строили пирамиды: 6 вопросов о геометрии, которые мучили вас со школы Что такое «Пифагоровы штаны» и как египтяне строили пирамиды: 6 вопросов о геометрии, которые мучили вас со школы

Об удивительных примерах использования геометрических знаний

ТехИнсайдер
10 способов сохранить и укрепить отношения 10 способов сохранить и укрепить отношения

Как сохранить отношения на этапе, когда начинаются совместные будни?

Psychologies
Возможно ли отбелить зубы в домашних условиях? Узнайте простое объяснение экспертов! Возможно ли отбелить зубы в домашних условиях? Узнайте простое объяснение экспертов!

Могут ли помочь средства для домашнего отбеливания зубов?

ТехИнсайдер
Роль керамического искусства в интерьере. Художник Никита Макаров — о том, как сформировать коллекцию Роль керамического искусства в интерьере. Художник Никита Макаров — о том, как сформировать коллекцию

Художник Никита Макаров — как прикладное искусство преображает повседневность

СНОБ
Виртуальные дали Виртуальные дали

Нейросети врываются в мир кино для взрослых и позволяют нарисовать любой сюжет

Men Today
Транзитный пассажир Транзитный пассажир

Актер Сергей Горошко перевоплощается легко и очень элегантно

OK!
5 вредных мифов о психиатрии, которые мешают вовремя получить помощь 5 вредных мифов о психиатрии, которые мешают вовремя получить помощь

Какие мифы о психиатрии встречаются чаще всего и что лежит в их основе?

Psychologies
5 загадочных смертей великих русских писателей и поэтов 5 загадочных смертей великих русских писателей и поэтов

Истории из мира литературы, которые остаются неразгаданными и полными тайн

Maxim
Куратор Анна Малай: Возможно, настало время снова поговорить о любви? Куратор Анна Малай: Возможно, настало время снова поговорить о любви?

Анна Малай о том, каково совмещать роли художника и куратора

СНОБ
Боль во время менструации — это не норма: что важно знать об эндометриозе Боль во время менструации — это не норма: что важно знать об эндометриозе

Как распознать эндометриоз, как его диагностируют и можно ли его вылечить

Forbes
«Шуточки у вас...» Косатки-хулиганы утопили яхту в проливе Гибралтар «Шуточки у вас...» Косатки-хулиганы утопили яхту в проливе Гибралтар

Почему касатки топят яхты и корабли у побережья Испании?

ТехИнсайдер
Планета на песке Планета на песке

Попробуем разобраться в климатической истории планеты Дюна и химии меланжа

ТехИнсайдер
Можно ли есть черные бананы? Вы поразитесь ответу западных экспертов! Интересные факты Можно ли есть черные бананы? Вы поразитесь ответу западных экспертов! Интересные факты

Cтоит ли употреблять почерневшие бананы или безопаснее выбросить их в ведро

ТехИнсайдер
Похитители молодости: 5 вещей в твоем доме, которые тихо приближают старость Похитители молодости: 5 вещей в твоем доме, которые тихо приближают старость

Экзогенные токсины в доме могут оказывать серьезное воздействие на организм

VOICE
Как фальсицифируют палестинские древности: история черных археологов в Иерусалиме Как фальсицифируют палестинские древности: история черных археологов в Иерусалиме

О подделках древних артефактов в Палестине

Forbes
Из светских салонов — в политику: как женщины решали социальные проблемы в XIX веке Из светских салонов — в политику: как женщины решали социальные проблемы в XIX веке

Как идеи, родившиеся в светском салоне, превратились в социальный эксперимент

Forbes
«Я буду всегда с тобой»: что такое сталкинг и как от него защититься в России? «Я буду всегда с тобой»: что такое сталкинг и как от него защититься в России?

Сталкинг: почему люди преследуют других людей?

Правила жизни
Финтех на пороге квантового будущего: на что способны суперкомпьютеры и как они изменят нашу жизнь Финтех на пороге квантового будущего: на что способны суперкомпьютеры и как они изменят нашу жизнь

По мнению ученых, мы находимся на пороге Второй квантовой революции

ТехИнсайдер
«Я люблю свою работу» «Я люблю свою работу»

Факторы корпоративного благополучия в НКО и гипотезы о роли оценки

Позитивные изменения
Идеи для девичника: как провести время с подругами Идеи для девичника: как провести время с подругами

Как организовать девичник так, чтобы он запомнился и понравился всем участникам?

Здоровье
Тёмное зазеркалье Тёмное зазеркалье

Рядом с нами может существовать параллельный зеркальный мир, названный теневым

Наука и жизнь
Наперекор Бажову Наперекор Бажову

Алиса Горшенина: женские корни волшебной сказки

Weekend
Открыть в приложении