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
Найди свою позу. Как научиться спать на спине и чем это так полезно Найди свою позу. Как научиться спать на спине и чем это так полезно

Умение спать на спине зачастую улучшает качество сна. Как научиться спать так?

Лиза
Искусственная этика Искусственная этика

Об этических дилеммах, которые человечеству приходится решать прямо сейчас

СНОБ
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
Вызов простоты Вызов простоты

Как решение абстрактной задачи угрожает всей экономике?

Вокруг света
Декабристы: подлинные истории и воспоминания Декабристы: подлинные истории и воспоминания

Наша статья подкреплена мемуарами самих декабристов и их современников,

Караван историй
Как снизить пульс Как снизить пульс

Советы от кардиолога помогут привести пульс в норму

Лиза
«Я уеду в Туву»: как регион стал перспективным вариантом для жизни «Я уеду в Туву»: как регион стал перспективным вариантом для жизни

Как Тува становится все более привлекательной и для жизни, и для туризма

Правила жизни
Почему важно читать книги: 5 неожиданных преимуществ для здоровья Почему важно читать книги: 5 неожиданных преимуществ для здоровья

Если вы до сих пор не любите читать, узнайте, какую пользу для здоровья теряете

ТехИнсайдер
От Гоши из «Москва слезам не верит» до Наумова из «Красных линий»: как менялся образ мужчины в российском кино От Гоши из «Москва слезам не верит» до Наумова из «Красных линий»: как менялся образ мужчины в российском кино

Как образ мужчины в российском кино отражал динамику общественных событий?

Maxim
Андрей Соколов: «Когда я сказал, что хочу играть его роль, Караченцов попросил Захарова дать мне шанс» Андрей Соколов: «Когда я сказал, что хочу играть его роль, Караченцов попросил Захарова дать мне шанс»

Сыграть Резанова в то время было как слетать на звезду — это было невозможно

Коллекция. Караван историй
Почему некоторые кабриолеты называют спайдерами и при чем тут пауки Почему некоторые кабриолеты называют спайдерами и при чем тут пауки

Слово Spider кажется совершенно неуместным, когда речь заходит об автомобилях

Maxim
Книги, которые оценят только настоящие интеллектуалы Книги, которые оценят только настоящие интеллектуалы

Большая интеллектуальная литература современных авторов

Maxim
Евгеника: хотели как лучше... Евгеника: хотели как лучше...

Как евгеника стала синтезом теории вырождения, теории Дарвина и научного расизма

Знание – сила
Как нейросети проваливаются в «долину разочарования» и почему это хорошо Как нейросети проваливаются в «долину разочарования» и почему это хорошо

Когда большие языковые модели займут уверенную позицию и достигнут пика?

Forbes
Как лучше поддержать партнера в трудную минуту: 6 идей Как лучше поддержать партнера в трудную минуту: 6 идей

Как научиться лучше понимать партнера и проявлять эмпатию? Вот несколько идей

Psychologies
От ларьков поворот! От ларьков поворот!

Почему сотрудникам ГУЛАГа было строго запрещено пользоваться лагерными ларьками?

Дилетант
Новые пассажиры «Титаника» Новые пассажиры «Титаника»

Когда в 90-х годах упало финансирование науки, институты РАН выживали, как могли

Наука и техника
Александр Ширвиндт: «На отдыхе за границей мы с Андрюшей Мироновым буквально голодали» Александр Ширвиндт: «На отдыхе за границей мы с Андрюшей Мироновым буквально голодали»

«Восемьдесят восемь лет назад меня принесли из роддома имени Грауэрмана...»

Караван историй
Почему мы боимся успеха и как справиться с этим страхом: советы психолога Почему мы боимся успеха и как справиться с этим страхом: советы психолога

Почему нам так страшно сделать решающий шаг к успеху?

Psychologies
Ментальное здоровье домашних животных: как справиться с расстройством пищевого поведения Ментальное здоровье домашних животных: как справиться с расстройством пищевого поведения

Как бороться с извращенным аппетитом у питомцев?

Psychologies
Дачный марафон Дачный марафон

Как не превратить дачный отдых в изнуряющий труд?

Лиза
Внутреннее ощущение «красоты» важнее, чем внешность Внутреннее ощущение «красоты» важнее, чем внешность

Намного важнее чувствовать себя хорошо, чем выглядеть хорошо

ТехИнсайдер
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
Наскальные рисунки коров в Африке говорят о том, что когда-то Сахара была зеленой Наскальные рисунки коров в Африке говорят о том, что когда-то Сахара была зеленой

Когда-то Сахара была покрыта травой, болотами и водопоями

ТехИнсайдер
«Настоящая ошибка — это молчание»: как раскрыть семейную тайну «Настоящая ошибка — это молчание»: как раскрыть семейную тайну

Как и когда открыть семейный секрет? Кому? Всегда ли и всем это знание полезно?

Psychologies
Готовы ли мы оказать помощь: за это отвечает определенный регион мозга, который нашли ученые Готовы ли мы оказать помощь: за это отвечает определенный регион мозга, который нашли ученые

Нейробиологи установили регион мозга, ответственный за помощь другим

ТехИнсайдер
ДКС: двигатель технологической революции в России ДКС: двигатель технологической революции в России

Глава компании ДКС: «Нам нужно постоянно крутить педали — и мы это делаем»

Монокль
Правила жизни Любови Полищук Правила жизни Любови Полищук

Правила жизни народной артистки Российской Федерации Любови Полищук

Правила жизни
7 лучших ролей Любови Аксеновой 7 лучших ролей Любови Аксеновой

Любовь Аксенова: девушка супергероя, избалованная дочь и сбежавшая невеста

Maxim
Открыть в приложении