Срок службы компакт-дисков, SSD- и HDD-дисков не превышает 10-20 лет. При этом мировой объем данных растет на 40% каждый год, что стимулирует спрос на накопители, однако долговечность носителей оставляет желать лучшего. Большая часть HDD перестают работать в течение нескольких лет: как правило, это связано с поломкой движущихся частей. Компакт-диски хранятся десятилетиями, но повышение температуры, влажности или механические повреждения делают доступ к информации затруднительным: поверхность диска отслаивается и легко царапается. SSD, рекламируемые сегодня как «неубиваемый» носитель, живут всего несколько лет, и обладают фиксированным количеством циклов перезаписи: циркулирующий внутри электрический заряд рано или поздно угасает даже в отсутствие активного доступа к содержимому. При этом ценность утраченной информации может быть очень высокой: например, это могут быть большие объемы технической документации или исторические архивы, восстановить которые будет невозможно.

Хранить долго и недорого

Долгое хранение данных – проблема, в которой законы термодинамики работают против интересов человека. Носители выходят из строя, требуют расходов на поддержание оптимальных условий окружающей среды и теряют накопительные свойства. Регулярная замена SSD стоит серверам 0.5 доллара за 1 Гб, замена HDD обходится в 0.1 доллара за 1 Гб. По данным компании Cisco, к 2020 году совокупный объем хранимой в дата-центрах информации достигнет 6.6 зеттабайт, что означает 495 миллиардов долларов в год расходов индустрии на замену носителей. Предполагается, что разработка «вечных» носителей сэкономит дата-индустрии триллионы долларов в год.

К настоящему времени физики предложили несколько возможных решений этой проблемы: например, команда американских ученых записала информацию в пустоты алмаза, замещенные атомами азота, а российские ученые из проекта «Кварц» Фонда перспективных исследований (ФПИ) предложили хранить данные на кварцевых дисках. Срок жизни данных в обоих случаях превышает время жизни компакт-диска на порядки. Однако можно ли считать проблему решенной?

В 2016 году ученые из Университета Нью-Йорка записали информацию в алмазы при помощи флуоресценции. Исследователи изменили спектр излучения NV-центров алмаза (дефектов кристаллической решетки алмаза, возникающих при удалении атома углерода и добавлении на его место атома азота) лазерным лучом. Лазер локально меняет заряд NV-центров с отрицательного до нулевого, что влечет за собой изменение цвета участков поверхности алмаза при сканировании лазером невысокой мощности. Ученые нашли несколько различимых лазерным сканированием уровней флуоресценции, что повышает плотность записи, а отсутствие структурных изменений снимает ограничения на перезапись. Минусы этой технологии – высокая стоимость алмазов и псевдовечность носителя. Считывание размывает картину светлых и темных участков, из-за чего данные приходится перезаписывать снова и снова.

Вечные данные на кварцевых носителях

Фонд перспективных исследований (ФПИ) финансирует разработку кварцевых носителей с практически неограниченным сроком службы и объемом до 1 Тб: этого хватит, например, для записи большой части архивов Госфильмофонда России.

Ученые из РХТУ им. Д.И. Менделеева, работающие по проекту ФПИ, предложили наносить информацию лазером не на поверхность, а в объем кварцевого диска нанорешетками – так в одной точке записывается не один, а до пяти бит данных. Кварцевые диски, созданные на сегодняшний день в рамках проекта, вмещают 25 Гб информации и выживают при температуре около 1000℃ с последующим термоударом – сохраняют данные после пожара со сработавшей системой тушения без использования облачных хранилищ. Достаточно стереть копоть с дисков — и они снова готовы к работе. Для сравнения, диски аналогичной вместимости компании Millenniata с заявленным сроком жизни в 1000 лет, изготовленные из поликарбоната, разрушаются при температуре 130℃. В отличие от американской технологии, кварцевые диски — это вечный носитель в более строгом смысле слова: срок жизни носителя из кварца может измеряться тысячелетиями.

Source: habrahabr.ru