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光学大数据存储:更快 更久 更绿色

2018-05-31 09:49:24|来源:科技日报|编辑:于苏燕 |责编:韩东林

  “到2025年,全球数据存储耗电量可能相当于全球全年的石油发电量。按照目前数据存储3年耗电翻番的速度,10年后全球石油产能就不够用了。”30日上午,在中国工程院第十四次院士大会全院学术报告会上,外籍院士顾敏抛出一个严峻的问题。

  光学专家顾敏是首位华裔澳大利亚科学院院士、澳大利亚技术科学与工程院院士。他说,光学存储技术的发展可以提供解决方案,“未来的大数据中心将有更高速度、更大容量,而且是绿色的”。

  实现单盘PB容量

  受限于所谓的光学衍射极限,光存储现有容量与磁或电存储相差甚远。“1873年,德国物理学家恩斯特·阿贝发现了光场聚焦的最小尺寸约为波长的一半,约300纳米,即衍射极限。该定律奠定了现代光学成像器件及光存储的基础,同时也将DVD及蓝光技术的存储密度制约在5GB到25GB的物理瓶颈。 顾敏介绍。

  1994年,斯特凡·黑尔发明的STED超分辨技术打破了120年来的光学衍射极限。2014年,他因参与开发出超分辨率光学显微被授予诺贝尔化学奖。

  “而在恩斯特·阿贝发现衍射极限大约140年后,双光束超分辨存储技术的发明突破了存储密度制约。”顾敏解释,光盘存储需要在光盘上打出一个个“坑”,用光来储存信息。要想把光吸收的能量最大化,就要在一个“坑”里尽量放更多“点”,这个“点”越小越好。蓝光的光点比红光的光点储存的信息更小,所以出现了蓝光技术。

  顾敏带领团队开发的五维光学材料,突破了蓝光DVD三维存储的技术瓶颈。这种材料由悬浮在玻璃基板上透明塑料板内的金纳米棒层组成,在材料的同一区域内多种数据图案可在互不干扰的情况下被读取和刻写。目前已经实现了单点最小记录尺寸9纳米, 即实现单盘PB容量。

  1PB等于1024TB,实现PB级单盘容量,相当于蓝光技术的40万倍。

  全光光子大数据中心值得期待

  顾敏介绍,现在的大数据中心为满足PB级容量需求,一般用电或磁存储媒质组成庞大的阵列,不仅占地大,还高能耗、高碳排放,而且一般只有三五年寿命,就需要重新存储。

  光存储的最显著特性就是绿色节能。存储容量一旦突破,就解决了顾敏一开始提到的能源问题。“这种全新光子存储光盘单点消耗的能量非常低,能耗可节省1000倍。”而令顾敏更得意的是,这种光盘拥有超过500年的超长记录存储寿命。

  “我们的探索性研究越来越多,比如脑计划、SKA望远镜、引力波探测等,我们将面临越来越多的‘长数据’需求。”顾敏说,长数据就是具有突出的时间背景,能够捕捉现实世界变化的大量数据。这就大量需要存储速度更快、存储时间更久的绿色大数据中心。

  “全光光子大数据中心”是顾敏心中理想的模式——PB级光盘存储;超低能耗;以太阳能为动力,不使用地球上的能源。(杨 雪)

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