光盤肚量又大了

是時候拔掉大型數(shù)據(jù)中心那些耗電的硬盤了。它們費(fèi)錢、笨重，又不環(huán)保!然后呢?刻盤唄!500G一張的全息光盤。

插畫 | 郝鵬飛

一封1.1M的電子郵件，從發(fā)送到接收，需要占用51.5M的存儲空間。美國2010年即將投入運(yùn)轉(zhuǎn)的LSST望遠(yuǎn)鏡，一個晚上就會產(chǎn)生30000GB的數(shù)據(jù)#8943;#8943;數(shù)字時代對數(shù)據(jù)存儲的需求超乎人們想象。

“要知道，一家公司的IT支出中有75%用于數(shù)據(jù)存儲”，日立環(huán)球的工程師余軍說，“這其中包括設(shè)備成本和開啟、冷卻設(shè)備的電費(fèi)?！?010年，全球數(shù)據(jù)中心能耗導(dǎo)致的花費(fèi)將達(dá)115億美元。如果按照電源的實(shí)際使用率在50%左右計算，僅100臺服務(wù)器每天24小時、每年365天運(yùn)行的耗電量將達(dá)到54萬度。

然而，這些昂貴、耗能的服務(wù)器中的絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)大多時候都是靜靜地躺在那里，難得被叫出來工作一次。既然如此，何不將這些不常被訪問的數(shù)據(jù)存儲在體積小、節(jié)能的介質(zhì)上呢?

2009年4月，一張500G的全息光盤在GE公司的實(shí)驗(yàn)室誕生。此前，市面上光盤存儲的容量上限不超過30G。

存儲介質(zhì)的突破

GE的500GB全息光盤還停留在實(shí)驗(yàn)室階段。他們希望該技術(shù)在2011年或2012年左右走向市場，服務(wù)于電影公司、電視臺、醫(yī)療機(jī)構(gòu)這樣的單位，能夠用于存儲超高清電影原始拷貝、大腦掃描圖像等大容量數(shù)據(jù)。

全息光盤并不是一個新的概念。早在1963年，寶麗來的科學(xué)家彼得#8226;范#8226;希爾頓(Pieter J. Van Heerden)就提出了光盤全息存儲這一構(gòu)想。整個構(gòu)想說起來并不難理解——傳統(tǒng)的光存儲技術(shù)使用激光讀寫光盤上的“坑”，每個“坑”表示一個0或1的數(shù)字信號。而全息存儲則可以在一個位置上保存一個全息圖案，通過激光相位的不同讀出多個數(shù)據(jù)單元，從而成倍提高存儲密度。

雖然說來如此簡單，但真正要將其付諸實(shí)際，卻并非易舉。首先面臨的問題是如何才能找到合適的存儲介質(zhì)。研究顯示，一張光碟厚1毫米，而存儲數(shù)據(jù)的感光層不過幾十納米。科學(xué)家曾希望通過增加反射層數(shù)來增大光盤容量，但未果。理由很簡單，光盤層數(shù)越靠里激光的反射強(qiáng)度就越低，就會導(dǎo)致信號錯誤超出可讀范圍?！凹幢闶窃趯?shí)驗(yàn)室，最佳效果也僅停留在16層?！盙E實(shí)驗(yàn)室研究員托德#8226;阿爾哈特(Todd Alhart)說。

2008年，另一家研究全息存儲技術(shù)的公司，InPhase Technologies公司找到了一種雙聚合混合物。他們將這種混合物涂覆在磁盤上，模擬磁光存儲介質(zhì)的大小和形狀，推出了首款全息存儲系統(tǒng)，但其售價高達(dá)1.8萬美元，而單張300GB的全息光盤售價180美元。

不同于InPhase Technologies公司，GE實(shí)驗(yàn)室找到了一種整體反光且適合寫入的介質(zhì)?！昂芏嗾w反光材料會過于敏感，數(shù)據(jù)寫入不穩(wěn)定。而我們發(fā)現(xiàn)的材料擁有一定的閾值，只有光超過一定強(qiáng)度后，信號才會被讀寫。GE將全息存儲技術(shù)應(yīng)用到這款材料上，可識別約1微米直徑信號僅僅1%的反射率，可以輕易讀取到內(nèi)里20層，也完全可以在一張普通的光盤上存儲超過500GB容量數(shù)據(jù)。

來自數(shù)據(jù)中心的聲音

IBM系統(tǒng)存儲部大中華區(qū)總經(jīng)理朱國良曾說過這樣的一組數(shù)字:存儲容量每18個月增長一倍，但是數(shù)據(jù)的增長卻是更驚人的:用于傳統(tǒng)工作負(fù)載的數(shù)據(jù)庫中的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的增長率是32%;諸如用戶文件、醫(yī)學(xué)圖像、Web和富媒體內(nèi)容的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的增長率是63%;出于備份、歸檔和業(yè)務(wù)分析等目的而被復(fù)制的數(shù)據(jù)的增長率是49%，到2010年全世界創(chuàng)建的數(shù)字信息總量將達(dá)到988EB(1EB=10億GB)，約是2006年的6倍。

陳杰是工商銀行IT中心的系統(tǒng)工程師，他非常看好全息光盤的前景。“銀行多用的是IBM或者Oracle的數(shù)據(jù)庫，很費(fèi)電也很占地方。如果是全息光盤，則可以把大量的數(shù)據(jù)存儲在很小的空間里，而且檢索的速度要快許多?！盙artner存儲分析師張瑾則認(rèn)為，未來存儲技術(shù)革新的核心目標(biāo)是降低成本。在這方面全息光盤是一個突破。與目前的存儲技術(shù)相比，全息存儲在降低成本、增大容量、提高速度和更優(yōu)的可靠性方面都極具發(fā)展?jié)摿Α?/p>

“全息存儲技術(shù)有望成為下一代存儲技術(shù)有力的競爭者”，InPhase Technologies公司首席技術(shù)官兼創(chuàng)辦人凱文#8226;庫蒂斯(Kevin Curtis)說，“美國很多醫(yī)院的系統(tǒng)工程師都是全息存儲技術(shù)的擁護(hù)者。全息存儲技術(shù)能夠搞定日益增大的數(shù)據(jù)量，尤其是醫(yī)療圖像和X光片。根據(jù)美國相關(guān)法案的規(guī)定，這些圖像和X光片都是必須留存的內(nèi)容。田納西州一家醫(yī)療中心的系統(tǒng)分析師曾說過，為了存儲達(dá)到48TB的數(shù)據(jù)，他使用了EMC的Centera、Copan Systems的Revolution 200T和一種大型DVD光盤機(jī)。如果是全息光盤，一切會簡單得多。這種技術(shù)也非常適合存儲醫(yī)療記錄、金融機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)、廣播媒體中使用的高清晰度視頻等內(nèi)容?！眲P文#8226;庫蒂斯補(bǔ)充道。

另外，靈活的技術(shù)可以帶來多種存儲產(chǎn)品的誕生。從個人用的手持設(shè)備到企業(yè)用的存儲產(chǎn)品，在單個的碟片上能夠存儲50個小時的高清晰視頻，在一張郵票上能夠存儲50000首歌。“到醫(yī)院檢查，整個病歷資料都存儲在一枚小光盤上，光盤可以作為裝飾佩戴在手腕上。它沒有想象中那么遙不可及。”托德#8226;阿爾哈特說。

瓶頸依舊存在

有了合適的材料，并不意味著全息存儲很快就能實(shí)現(xiàn)。全息技術(shù)上的突飛猛進(jìn)固然大大加快了光盤存儲量，但即使是最先在全息存儲中有所作為的，從貝爾實(shí)驗(yàn)室分拆出去的InPhase Technologies，盡管已經(jīng)在這一技術(shù)上鉆研了15年，依舊在全息光碟寫入機(jī)制上有所存疑。

全息光碟的寫入需要兩束激光在晶體上相交來改變材料的光學(xué)特性，這大大降低了寫入速度。GE項(xiàng)目組的思路是先將光碟預(yù)格式化，也就是將光盤內(nèi)的數(shù)據(jù)全部改成1，寫入的時候再將是0的地方還原，工作量由此降低，速度提高，但這 .技術(shù) 還在研發(fā)中。

價格和通用性也是不可忽略的因素。2008年，InPhase Technologies公司宣布了首款全息存儲系統(tǒng)，但售價高達(dá)1.8萬美元，配套光盤是180美元每張。并且，他們的全息光盤比普通光盤略厚略大，需要用專門的驅(qū)動器讀取。另外，由于全息存儲系統(tǒng)需要復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，建立一個制造平臺也要1億美元左右，還必須開發(fā)新的供應(yīng)商和新的測試設(shè)備。相比之下，較晚發(fā)布的GE的全息存儲技術(shù)在通用性上就要好很多。他們對存儲用的全息圖案進(jìn)行了簡化，縮小體積，稱之為“微全息”(Microholographic)存儲。GE的全息光盤大小、厚度和普通光盤無異，并且讀寫機(jī)制仍舊用藍(lán)光實(shí)現(xiàn)，也就是說，新的驅(qū)動器完全可以兼容藍(lán)光光碟和普通光碟。但GE的光盤尚在實(shí)驗(yàn)室階段，要等到2011年才可能推向市場。

與傳統(tǒng)硬盤不一樣，全息光盤不需要任何移動部件，數(shù)據(jù)讀寫操作為非接觸式，使用壽命、數(shù)據(jù)可靠性、安全性都達(dá)到理想的狀況。相對于普通存儲介質(zhì)來說，全息存儲幾乎可以永久保存數(shù)據(jù)，在切斷電能供應(yīng)的條件下，數(shù)據(jù)可在感光介質(zhì)中保存數(shù)百年之久。盡管如此，銀行以及其他企業(yè)級用戶習(xí)慣選擇成熟的技術(shù)，不會輕易更改存儲設(shè)備?！半m然InPhase Technologies聲稱他們可以將數(shù)據(jù)至少保存50年，但誰知道呢，而且它目前的容量也很一般。”陳杰說。

Tips:

全息存儲是如何實(shí)現(xiàn)的

如何寫入?

秘密在于使用兩束激光。與一般的光盤讀取方式不同，全息存儲在寫入數(shù)據(jù)時，會利用分光設(shè)備將一束光分成兩束——數(shù)據(jù)光和索引光。數(shù)據(jù)光會被導(dǎo)入由很多微型透鏡組成的空間光調(diào)制器(SLM)。它能將電子信號以像素為單元進(jìn)行編譯，編譯后的數(shù)據(jù)就帶在數(shù)據(jù)光上，準(zhǔn)備刻入光盤。另一束索引光最后會和數(shù)據(jù)光匯聚在光盤上的一點(diǎn)，交匯記錄下一個三維結(jié)構(gòu)的全息圖像。

如何讀取?

讀取的時候不需要兩束光，只需要索引光。用索引光照射全息圖像，我們就可以重新得到數(shù)據(jù)光。光驅(qū)內(nèi)置的CCD感光設(shè)備和解碼設(shè)備能夠?qū)?shù)據(jù)光中攜帶的數(shù)據(jù)再次解碼，導(dǎo)入電腦后我們就可以利用這些數(shù)據(jù)了。

理論上記錄1000G數(shù)據(jù)

理論上，只要我們改變光盤的角度，或者改變索引光的入射角度，我們就可以在光盤任一點(diǎn)上疊放若干幅圖像，在一立方厘米左右的立方體上就能夠存儲1000G的數(shù)據(jù)。