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

Метод шифрования будущего Метод шифрования будущего

Что такое постквантовая криптография и от каких киберугроз она сможет защитить

РБК
Как быстро почистить затирку плитки: советы профессиональных клинеров Как быстро почистить затирку плитки: советы профессиональных клинеров

Как быстро почистить затирку плитки и как потом за ней ухаживать?

VOICE
Наталья Подольская и Владимир Пресняков: «20 лет вместе — это невероятная цифра» Наталья Подольская и Владимир Пресняков: «20 лет вместе — это невероятная цифра»

У нас очень много общего в мимике, жестах, даже в выражениях

Коллекция. Караван историй
Гонки вокруг света Гонки вокруг света

Путешествие «леди Сенсация» привлекло внимание прессы и читателей по всему миру

Вокруг света
Синтетический футуризм Синтетический футуризм

Эксперимент редакции с нейросетью, «вобравшей» в себя Сорокина и Пелевина

СНОБ
Обмен дарами: почему мы так нуждаемся в отношениях Обмен дарами: почему мы так нуждаемся в отношениях

Почему мы нуждаемся друг в друге и как закрепить значимые для нас связи?

Psychologies
Резервная копия человечества на Красной планете: узнали у экспертов, когда ждать первых марсианских колоний Резервная копия человечества на Красной планете: узнали у экспертов, когда ждать первых марсианских колоний

5 вопросов о колонизации Марса писателю-фантасту и популяризатору науки

ТехИнсайдер
9 легендарных спортивных арен: от театра для снукера до королевского гольф-поля 9 легендарных спортивных арен: от театра для снукера до королевского гольф-поля

Уникальные локациях, которые стали точкой притяжения популярных видов спорта

Forbes
А ведьмы кто: краткая история инквизиции между мифом и реальностью А ведьмы кто: краткая история инквизиции между мифом и реальностью

Что из историй об инквизиторах имеет под собой реальные основания, а что выдумка

Правила жизни
6 фраз, которые взрослые дети мечтают услышать от своих родителей 6 фраз, которые взрослые дети мечтают услышать от своих родителей

Шесть важных фраз, которые родители могут (и должны) сказать повзрослевшим детям

Psychologies
Что такое неглект и как с ним бороться Что такое неглект и как с ним бороться

Неглект: что такое пассивное насилие? Как оно проявляется?

РБК
В 2023 году менее половины российских семей потратили маткапитал на жилье В 2023 году менее половины российских семей потратили маткапитал на жилье

В 2023 году на приобретение жилья средства маткапитала потратили только 45,6%

Forbes
Картель против барреля: почему ОПЕК не смогла вернуть нефть по $100 Картель против барреля: почему ОПЕК не смогла вернуть нефть по $100

Почему ОПЕК и ОПЕК+ не удается диктовать условия на нефтяном рынке

Forbes
Все альбомы «Сектора Газа» — от худшего к лучшему Все альбомы «Сектора Газа» — от худшего к лучшему

У группы «Сектор Газа» нет плохих альбомов

Maxim
Стареет ли тормозная жидкость – и как понять, что ее пора менять Стареет ли тормозная жидкость – и как понять, что ее пора менять

В чем недостатки старой тормозной жидкости?

ТехИнсайдер
Лучшие роли Бернарда Хилла, сыгравшего Теодена из «Властелина колец» Лучшие роли Бернарда Хилла, сыгравшего Теодена из «Властелина колец»

Вспоминаем лучшие роли известного британского актера Бернарда Хилла

Maxim
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
Грузия сумела сказать «нет» Западу Грузия сумела сказать «нет» Западу

Какое будущее выбрали для страны нынешние грузинские политические элиты

Монокль
Люди ледникового периода использовали черепах как «контейнеры с едой»! Интересный факт Люди ледникового периода использовали черепах как «контейнеры с едой»! Интересный факт

Черепахи могли быть «живым источником пиши» для людей ледникового периода

ТехИнсайдер
Как придать обивке мебели восхитительный свежий аромат: 5 лайфхаков профессиональных клинеров Как придать обивке мебели восхитительный свежий аромат: 5 лайфхаков профессиональных клинеров

Как сделать так, чтобы в гостиной всегда восхитительно пахло?

VOICE
С видом на простор С видом на простор

Смотреть мир — только на машине!

Новый очаг
Первый пациент с чипом Neuralink рассказал о жизни после операции Первый пациент с чипом Neuralink рассказал о жизни после операции

Первый пациент, которому вживили чип Neuralink, рассказал о жизни после операции

Forbes
Валентина Талызина: «Эльдар рязанов на меня постоянно кричал на съемках «Зигзага удачи» Валентина Талызина: «Эльдар рязанов на меня постоянно кричал на съемках «Зигзага удачи»

Я попала в счастливую обойму любимых рязановских актеров

Коллекция. Караван историй
Ехать ли в Магадан Ехать ли в Магадан

Несколько очень красивых и интересных маршрутов по акватории Магадана

Y Magazine
Могут ли мамы с ВИЧ кормить грудью? Ответ западных специалистов поразит вас! Могут ли мамы с ВИЧ кормить грудью? Ответ западных специалистов поразит вас!

Возможно ли грудное вскармливание при приеме антиретровирусной терапии?

ТехИнсайдер
Как работает эффект плацебо Как работает эффект плацебо

Что вызывает эффект плацебо?

ТехИнсайдер
4 ошибки, которые мы допускаем, когда нас преследует тревога 4 ошибки, которые мы допускаем, когда нас преследует тревога

Большинство привычных способов реакции на тревогу лишь усугубляют ситуацию

Psychologies
Как самопожертвование портит отношения Как самопожертвование портит отношения

Когда можно идти на уступки, а когда это лишь навредит и вам, и отношениям

Psychologies
45 лет апартеида 45 лет апартеида

Что такое апартеид? Как он работал в Южно-Африканском Союзе?

Дилетант
Удивительная история! Как корабль «Аделла Шорс» нашли спустя 115 лет после таинственного исчезновения Удивительная история! Как корабль «Аделла Шорс» нашли спустя 115 лет после таинственного исчезновения

Что случилось с американским судном, которое исчезло вместе с экипажем в 1909?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении