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
Как окружение влияет на наш успех: 3 типа людей, которых стоит избегать Как окружение влияет на наш успех: 3 типа людей, которых стоит избегать

Как негативные люди влияют на наш успех?

Psychologies
Почему мы не умеем просить и как этому научиться: 4 стратегии Почему мы не умеем просить и как этому научиться: 4 стратегии

Как проявляется нежелание просить о помощи и как его преодолеть

Psychologies
Большая игра: как гейминг все больше становится инструментом госполитики Большая игра: как гейминг все больше становится инструментом госполитики

Как видеоигры становятся инструментом пропаганды и психологической войны?

Forbes
Руперт Мёрдок Руперт Мёрдок

Правила жизни миллиардера и медиамагната Руперта Мёрдока

Правила жизни
На наконечниках стрел эпохи неолита нашли остатки человеческого белка На наконечниках стрел эпохи неолита нашли остатки человеческого белка

Ученые исследовали каменные наконечники стрел возрастом около 8-9 тысяч лет

N+1
Забота только на словах: почему по факту дети в России не получают должной защиты Забота только на словах: почему по факту дети в России не получают должной защиты

Соответствуют ли изменения в законах в России интересам детей на самом деле?

Forbes
Эмбрион человека при развитии постоянно нарушает симметрию Эмбрион человека при развитии постоянно нарушает симметрию

«Жизнь состоит из постоянного нарушения симметрии»

ТехИнсайдер
Раз, два, ведьма заберет тебя: что смотреть, если вам нравится сериал «Уэнсдэй» Раз, два, ведьма заберет тебя: что смотреть, если вам нравится сериал «Уэнсдэй»

10 мистических сериалов, напоминающих «Уэнсдэй»

Правила жизни
Соловецкое чудо Соловецкое чудо

Едем в Соловки плутать в лабиринтах и постигать русский дзен

Лиза
Археологи описали каменные артефакты из ритуального комплекса эпохи Дзёмон Археологи описали каменные артефакты из ритуального комплекса эпохи Дзёмон

Археологи исследовали каменные артефакты из ритуального комплекса

N+1
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
Код активного Солнца Код активного Солнца

Сможет ли искусственный интеллект предупреждать нас о природных катастрофах

РБК
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
Эксперимент Таскиги: одна из самых жестоких медицинских программ в истории человечества Эксперимент Таскиги: одна из самых жестоких медицинских программ в истории человечества

Проект Таскиги стал одним из самых жестоких случаев медицинского расизма

ТехИнсайдер
Надежда Зозуля: «Свёртывание крови – две стороны одной медали. С одной стороны – склонность к тромбозам, с другой – к не менее опасным кровотечениям» Надежда Зозуля: «Свёртывание крови – две стороны одной медали. С одной стороны – склонность к тромбозам, с другой – к не менее опасным кровотечениям»

Как понять, что есть проблемы со свертыванием крови? Что должно насторожить?

Здоровье
Ученым удалось воссоздать лицо неандертальской женщины возрастом 75 тыс. лет. Ее нашли в братской пещерной могиле Ученым удалось воссоздать лицо неандертальской женщины возрастом 75 тыс. лет. Ее нашли в братской пещерной могиле

Внешность людей и неандертальцев отличалась не так сильно, как думали ученые

Inc.
Сложно перестать критиковать себя? Вот что советуют психологи: облегчите жизнь! Сложно перестать критиковать себя? Вот что советуют психологи: облегчите жизнь!

Что нужно знать, если вы все же решились преодолеть внутреннего критика!

ТехИнсайдер
«Я из Московской газовой службы»: история первого советского маньяка Владимира Ионесяна «Я из Московской газовой службы»: история первого советского маньяка Владимира Ионесяна

«Сейчас я очень ужасный человек, а в прошлом — очень хороший человек»

ТехИнсайдер
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
Сказки для взрослых. Мариана Павлюкевич — об искусстве создания маркетинговых арт-проектов Сказки для взрослых. Мариана Павлюкевич — об искусстве создания маркетинговых арт-проектов

Мариана Павлюкевич о том, зачем брендам культурный код, эмоции и ДНК

СНОБ
Загадка «ангарского цветка» Загадка «ангарского цветка»

Ученые находят растения, которые относят к цветковым, в слоях юрского периода

Наука и техника
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
От выгорания к гармонии: как построить здоровые отношения с работой От выгорания к гармонии: как построить здоровые отношения с работой

Отрывок из книги «Я больше не хочу всем нравиться»

Inc.
Странная новая мода: зачем пилоты выключают двигатели перед приземлением Странная новая мода: зачем пилоты выключают двигатели перед приземлением

Как заходили на посадку раньше и почему мода включать двигатели появилась сейчас

ТехИнсайдер
Позолоти перчатку: как зарабатывает и на что тратит состояние Тайсон Фьюри Позолоти перчатку: как зарабатывает и на что тратит состояние Тайсон Фьюри

Forbes Sport рассказывает о сумасшедших заработках Тайсона и его инвестициях

Forbes
Психопатология жизни Сальвадора Дали: что скрывается за творчеством гения Психопатология жизни Сальвадора Дали: что скрывается за творчеством гения

О взбалмошном поведении, эксцентричной личности и скандальном творчестве Дали

Psychologies
6 книг, которые помогут увеличить ваш социальный капитал 6 книг, которые помогут увеличить ваш социальный капитал

Подборка книг для исследования ваших социальных связей и развития эмпатии

Psychologies
Семь советов родителям Семь советов родителям

Как приучить ребёнка к правильному питанию, чтобы он получал всё необходимое?

Здоровье
Ирина Млодик объяснила, как относиться к жизни ребенка в виртуальном мире Ирина Млодик объяснила, как относиться к жизни ребенка в виртуальном мире

Почему не нужно воевать с виртуальным миром детей

Psychologies
Открыть в приложении