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
Эмоциональная уязвимость: кому она свойственна и как с ней справиться Эмоциональная уязвимость: кому она свойственна и как с ней справиться

Что отличает эмоциональную уязвимость, почему она развивается не у всех?

Psychologies
Двойные экспрессы Двойные экспрессы

В 2023–2024 на наших реках появились необычные суда – пассажирские катамараны

ТехИнсайдер
Полезно ли делать «зарядку для глаз» Полезно ли делать «зарядку для глаз»

«Зарядка для глаз» — звучит полезно, но есть ли от неё реальная польза?

ТехИнсайдер
Попытка номер пять Попытка номер пять

Имеет ли концепция сотрудничества людей и машин право на существование

РБК
Синдром Дон Жуана: какая детская травма скрыта за образом мачо Синдром Дон Жуана: какая детская травма скрыта за образом мачо

Что такое синдром Дон Жуана, как с ним живут мужчины?

Psychologies
Можно ли съесть слишком «много» белка Можно ли съесть слишком «много» белка

Задумывались ли вы когда-нибудь, не может ли избыток белка стать проблемой?

ТехИнсайдер
Лайфхак на лето! Вот как фрукты помогают избегать обезвоживания: простой совет Лайфхак на лето! Вот как фрукты помогают избегать обезвоживания: простой совет

Как фрукты и овощи могут удовлетворить потребность в жидкости

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

У группы «Сектор Газа» нет плохих альбомов

Maxim
Укоренившаяся ассоциация: почему именно гвоздики — траурные цветы? Укоренившаяся ассоциация: почему именно гвоздики — траурные цветы?

Почему именно гвоздики получили такую мрачную ассоциацию?

ТехИнсайдер
Юлианна Караулова: «Мне хочется нравиться людям» Юлианна Караулова: «Мне хочется нравиться людям»

Юлианна Караулова: как же обратить негатив себе на пользу и в чем черпать силы

Лиза
«Любуйтесь, мамаша, вот он, ребенок ваш»: как женщины переживают акушерское насилие «Любуйтесь, мамаша, вот он, ребенок ваш»: как женщины переживают акушерское насилие

Книга казахской писательницы Алтынай Султан об опыте беременности

Forbes
Серверный ветер: как производительные вычислительные решения меняют лицо рынка Серверный ветер: как производительные вычислительные решения меняют лицо рынка

Как устроен рынок высокопроизводительных вычислительных решений

Forbes
Александр Пиперски: «Нейросети взломали систему человеческой коммуникации» Александр Пиперски: «Нейросети взломали систему человеческой коммуникации»

Как мы будем обмениваться информацией в век новых технологий

РБК
Готовность номер один. Насколько ты открыта для новых отношений, подскажет наш тест Готовность номер один. Насколько ты открыта для новых отношений, подскажет наш тест

Готова ли ты к настоящей любви и новым отношениям?

Лиза
Как удалить объект с фото онлайн — 3 простых и бесплатных способа Как удалить объект с фото онлайн — 3 простых и бесплатных способа

Как удалить ненужный объект с фото онлайн — быстро и бесплатно

CHIP
Артериальную гипертензию у подростков связали с инфарктами и инсультами во взрослом возрасте Артериальную гипертензию у подростков связали с инфарктами и инсультами во взрослом возрасте

У подростков с артериальной гипертензией высок риск инфарктов во взрослой жизни

N+1
«Я не только жила с абьюзером, но и стала им сама?»: история читательницы «Я не только жила с абьюзером, но и стала им сама?»: история читательницы

Как понять, что вы перенимаете черты абьюзера?

Psychologies
С чем делали бутерброды в СССР С чем делали бутерброды в СССР

Люди в СССР изобретали совершенно удивительные по нынешним меркам бутерброды

Maxim
«‎Если что-то я оставлю после себя — это дети и фильмы»‎: разговор Андрея и Наталии Кончаловских «‎Если что-то я оставлю после себя — это дети и фильмы»‎: разговор Андрея и Наталии Кончаловских

Отец и дочь Кончаловские — о том, что для них значит история династии

Правила жизни
7 стратегий, чтобы пережить тяжелый день 7 стратегий, чтобы пережить тяжелый день

Техники поведения в трудной ситуации, которую нельзя изменить прямо сейчас

Psychologies
«Тишина на площадке»: как дети подвергались домогательствам на проектах Nickelodeon «Тишина на площадке»: как дети подвергались домогательствам на проектах Nickelodeon

«Тишина на площадке»: самая показательная история о цене подростковой славы

Forbes
Александр Самойленко: «Актерством невозможно было зарабатывать деньги, думал, что надо поменять профессию» Александр Самойленко: «Актерством невозможно было зарабатывать деньги, думал, что надо поменять профессию»

Мне всегда хотелось заниматься чем-то большим, нежели актерство

Коллекция. Караван историй
Пикап Dongfeng DF6. Navara для российского рынка Пикап Dongfeng DF6. Navara для российского рынка

Китайский пикап Dongfeng DF6 будит самые приятные воспоминания

4x4 Club
Избавляемся от пятен и запаха: 3 лайфхака, как стирать стельки Избавляемся от пятен и запаха: 3 лайфхака, как стирать стельки

Как ухаживать за стельками в обуви?

ТехИнсайдер
«Извне», «Защищая Джейкоба» и «Дом с прислугой»: 10 лучших сериалов последних лет в жанре триллер «Извне», «Защищая Джейкоба» и «Дом с прислугой»: 10 лучших сериалов последних лет в жанре триллер

Собрали многосерийные триллеры, которые можно осилить за выходные

Правила жизни
Сумасшедшие бактерии меняют главную догму биологии: они сами себе создают новые гены Сумасшедшие бактерии меняют главную догму биологии: они сами себе создают новые гены

Как показали ученые, бактерии могут создавать сами себе новые гены

ТехИнсайдер
Книжные клубы знаменитостей: что читают и рекомендуют Эмма Уотсон, Риз Уизерспун и Сара Джессика Паркер Книжные клубы знаменитостей: что читают и рекомендуют Эмма Уотсон, Риз Уизерспун и Сара Джессика Паркер

Книжные клубы актрис, певиц и телеведущих и их рекомендации

СНОБ
Как понять, что у вас дефицит железа Как понять, что у вас дефицит железа

Какие симптомы характерны для дефицита железа в организме?

ТехИнсайдер
8 вопросов, чтобы понять, готовы ли вы изменить свою жизнь 8 вопросов, чтобы понять, готовы ли вы изменить свою жизнь

Как понять, что вы готовы начать новую жизнь? Подскажут эти вопросы к себе

Psychologies
Открыть в приложении