Ngày 18/2, Microsoft Research (Viện nghiên cứu Microsoft) đã công bố trên tạp chí học thuật hàng đầu quốc tế Nature một đột phá về phương pháp lưu trữ dữ liệu mới, có thể bảo quản thông tin ít nhất 10.000 năm. Theo đó, một tấm kính vuông borosilicate glass rộng 12 cm, dày 2 mm có thể lưu trữ 4,8 TB dữ liệu, tương đương khoảng 2 triệu cuốn sách in.
Đột phá mang tính cách mạng về lưu trữ dữ liệu
Nhóm nghiên cứu của Microsoft đặt tên cho công nghệ lưu trữ dữ liệu số dạng lưu trữ dài hạn dựa trên kỹ thuật ghi trực tiếp bằng laser femto giây (femtosecond laser - loại laser sử dụng xung ánh sáng cực kỳ ngắn, chỉ kéo dài một phần tỷ giây) vào kính là “Project Silica”, và gọi đây là “công nghệ lưu trữ dữ liệu trên nền kính đầu tiên đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của hệ thống lưu trữ cấp độ sản xuất”.
Ông Richard Black, nhà khoa học máy tính lãnh đạo Project Silica tại Microsoft Cambridge, cho biết thử nghiệm cho thấy dữ liệu có thể được lưu trữ 10.000 năm ở 290°C; nếu ở nhiệt độ phòng, thời gian lưu trữ có thể dài hơn hàng chục đến hàng trăm lần.
Kỹ sư sinh học Mark Bathe của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) nhận định giải pháp thay thế dựa trên kính này “rất ấn tượng” và “về nguyên tắc có thể trở thành hệ thống lưu trữ gần như vĩnh viễn cho những dữ liệu quan trọng”.
Nhà khoa học tính toán sinh học Tiền Lung (Qian Long) của Đại học Bắc Kinh (Trung Quốc) cho rằng, dù phương pháp lưu trữ bằng kính cần phần cứng chuyên dụng để ghi và đọc, nhưng bài báo cho thấy công nghệ này đã vượt khỏi giai đoạn thử nghiệm vật liệu và trở thành một “hệ thống lưu trữ có thể triển khai”.
Peter Kazansky, nhà nghiên cứu quang điện tử tại University of Southampton từng hợp tác với Microsoft phát triển công nghệ lưu trữ bằng kính cho biết: “Bằng việc trình diễn một hệ thống hoàn chỉnh… họ đã cho thấy công nghệ này có thể thực sự cách mạng hóa ngành trung tâm dữ liệu”.
Băng từ và ổ cứng không còn phù hợp cho lưu trữ dài hạn
Theo bài báo của Microsoft Research, nhân loại đang tạo ra dữ liệu với tốc độ tăng theo cấp số nhân, cứ khoảng 3 năm lại tăng gấp đôi. Nhiều dữ liệu trong số đó có giá trị cá nhân, thương mại hoặc pháp lý quan trọng.
Hầu hết hệ thống lưu trữ số hiện nay phụ thuộc vào các phương tiện sẽ xuống cấp chỉ sau vài năm. Băng từ và ổ cứng sử dụng từ trường để từ hóa các vùng kim loại cực nhỏ, nhưng các nam châm siêu nhỏ này dễ mất từ tính và thường lão hóa sau khoảng 10 năm, không phù hợp cho lưu trữ lâu dài. Do đó, dữ liệu phải được định kỳ chuyển sang phương tiện mới — quá trình này tốn thời gian, chi phí và năng lượng.
Vì vậy, việc tìm kiếm công nghệ thay thế để lưu trữ dữ liệu số dài hạn là vô cùng quan trọng. Kính là vật liệu lưu trữ gần như vĩnh viễn, có khả năng chống nước, chịu nhiệt và chống bụi. Việc đọc dữ liệu trên kính tuy phức tạp hơn mở tệp trên ổ cứng, nhưng độ an toàn thông tin cao hơn nhiều.
Richard Black cho biết: “Ưu điểm của kính là một khi đã ghi, không thể sửa đổi. Mọi thứ đã được cố định”. Thiết bị lưu trữ này không cần kiểm soát nhiệt độ hay bảo trì.
Công nghệ dùng xung laser femto giây để ghi dữ liệu vào bên trong kính hiện là một trong số ít giải pháp có triển vọng đạt được lưu trữ bền vững, không thể chỉnh sửa và có tuổi thọ cực dài.
Peter Kazansky và các đồng nghiệp trước đó đã phát triển nền tảng vật lý cho công nghệ ghi laser này, và nắm giữ kỷ lục Guinness về phương tiện lưu trữ kỹ thuật số bền nhất dựa trên kính thạch anh nóng chảy. Microsoft bắt đầu phát triển dựa trên nền tảng này từ năm 2017.
Tấm kính mỏng chứa 4,8 TB
Trong nghiên cứu mới nhất, Microsoft phát triển công nghệ Silica dựa trên kỹ thuật ghi trực tiếp laser femto giây vào kính.
Nhóm nghiên cứu cho biết đây là công nghệ lưu trữ bằng kính đầu tiên đạt hiệu suất cao ở mọi chỉ số quan trọng và thể hiện khả năng vận hành tin cậy trong ghi, đọc và giải mã.
Trước đây công nghệ này chỉ áp dụng cho kính thạch anh nóng chảy tinh khiết, khó sản xuất và nguồn cung hạn chế. Microsoft chuyển sang sử dụng kính borosilicat — rẻ hơn, phổ biến hơn và dễ triển khai thương mại.
Nhóm nghiên cứu sử dụng laser năng lượng cao để tạo các biến dạng vi mô trong kính 3D. Các biến dạng sẽ mã hóa dữ liệu và có thể đọc bằng kính hiển vi.
Đáng chú ý, loại kính này giống vật liệu dùng cho dụng cụ nhà bếp và cửa lò nướng, phổ biến, dễ tiếp cận, giúp giải quyết rào cản thương mại hóa về chi phí và nguồn cung.
Mỗi xung laser chỉ kéo dài vài phần triệu tỷ giây, tạo ra “vụ nổ nano do plasma cảm ứng”, làm biến dạng kính và thay đổi cách ánh sáng truyền qua. Công nghệ mới cho phép lưu trữ 301 lớp dữ liệu trong tấm kính vuông 12 cm, dày 2 mm, đạt mật độ 1,59 Gbit/mm³ (tức có thể lưu trữ 1,59 gigabit thông tin trong mỗi mm³ vật liệu) và dung lượng 4,8 TB. Tốc độ ghi đạt 25,6 Mbit/s mỗi chùm laser, với hiệu suất năng lượng 10,1 nJ/bit (nano-joule/bit).
Trước đây thiết bị đọc cần 3–4 camera, nay chỉ cần 1 camera, giảm chi phí và kích thước.
Lưu trữ quang học có thể kéo dài tuổi thọ dữ liệu
Phương pháp lưu trữ quang học, đặc biệt là ghi laser vào vật liệu bền như kính, đang trở thành giải pháp thay thế đầy hứa hẹn để kéo dài thời gian lưu trữ dữ liệu.
Nghiên cứu mới của Microsoft giới thiệu công nghệ lưu trữ quang học dựa trên ghi trực tiếp bằng laser femto giây vào kính, đáp ứng nhu cầu lưu trữ thực tế. Kết quả cho thấy Silica có thể trở thành giải pháp lưu trữ dài hạn cho kỷ nguyên số.
Trong tương lai, khi phần cứng đọc/ghi/giải mã, mô hình học máy và các linh kiện cốt lõi được thương mại hóa rộng rãi hơn, công nghệ này sẽ tiếp tục phát triển — đặc biệt nhờ tiến bộ của laser femto giây.
Theo Sina
