“解决数据存储”的挑战,黄金触摸:下一代光盘

【博科园-科学科普(关注“博科园”看更多)】来自澳大利亚和中国的科学家利用黄金的持久力量展示了一种新型的高容量光盘,它可以在600多年的时间里安全地保存数据。这项技术可以为全球数据存储问题提供一种更高效、更可持续的解决方案,同时使关键的数据中心从大数据转向长数据,开辟科学发现的新领域。最近大数据和云存储的爆炸式增长导致了电力紧缺的数据中心出现了类似的爆炸。这些中心不仅消耗了巨大的能源——消耗了世界上3%的电力供应——而且很大程度上依赖于硬盘驱动器,其容量有限(每个磁盘高达2TB)和寿命(长达两年)。

现在来自澳大利亚墨尔本的RMIT大学和中国武汉理工大学的科学家们使用了黄金纳米材料来演示新一代的光学磁盘,其容量高达10TB,存储能力达到了400%,寿命长达6个世纪。这项技术可以从根本上提高数据中心的能源效率——使用比硬盘中心少1000倍的电力——需要更少的冷却,并且每两年就能完成数据迁移的能源密集型任务。光盘本身也比硬盘安全得多。首席研究员、RMIT大学的杰出教授Min Gu说:这项研究为光学数据中心的发展铺平了道路,以解决世界数据存储的挑战,并支持即将到来的数据革命。

在大数据时代产生的所有数据——每天超过2.5万亿字节——必须存储在某个地方,但我们目前的存储技术是在不同的时间开发的。虽然光学技术可以扩大容量,但迄今为止开发的最先进的光盘只有50年的寿命。技术可以创造出一种光学磁盘,其最大容量的光学技术已经发展到目前为止,测试显示它将持续超过半个世纪。虽然还需要进一步的工作来优化技术,也渴望与工业合作伙伴合作,推动研究向前发展——我们知道这种技术适合大规模生产光盘,因此潜力是惊人的。

世界正在从大数据向长数据转变,这使得通过挖掘大量数据集来发现新的见解,这些数据集记录了现实世界几十年和几个世纪的变化。该研究的主要作者、来自RMIT科学学院的张启明博士说:这项新技术可以帮助推动长期数据的增长,从而拓宽研究的视野。长期的数据为几乎所有领域的新发现提供了一个前所未有的机会——从天体物理学到生物学、社会科学到商业——但无法在不应对存储挑战的情况下释放这种潜力。

例如为了研究一个人类家谱的突变,需要8兆兆字节的数据来分析10代人的基因组。在天文学中,平方公里阵列(SKA)射电望远镜每小时产生576 pb的原始数据。与此同时,通过推进创新的神经技术(大脑)“地图”的大脑研究,人类大脑处理的数据是约达字节,即一万亿兆兆字节。这些庞大的数据必须经过几代人的时间才能有意义。开发具有高容量和长寿命的存储设备是至关重要的,因此我们可以认识到使用长数据的研究对世界的影响。

这项技术背后的新技术——经过5年的发展——结合了金纳米材料和一种具有突出机械强度的混合玻璃材料。研究进展的早期,顾和他的团队打破了蓝光的光学限制,并使数据存储在可见光的全光谱范围内。研究人员在一个新型的纳米粒子混合玻璃基质中演示了光学长数据存储器,这与光盘中使用的传统材料不同。玻璃是一种非常耐用的材料,可长达1000年,可用于保存数据,但由于其缺乏灵活性,其存储容量有限。该团队将玻璃与有机材料结合在一起,使其寿命缩短了一半,但却大大增加了容量。

为了创造纳米颗粒混合玻璃基质,金纳米棒被整合到一个混合玻璃复合材料中,被称为有机改性陶瓷。研究人员选择了黄金,因为它像玻璃一样坚固耐用。金纳米粒子允许在五个维度上记录信息——空间的三维和颜色和极化。该技术依赖于溶胶-凝胶法,它使用化学前体来生产陶瓷和玻璃,其纯度和同质性比传统工艺好。

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