徐強(qiáng)
大數(shù)據(jù)時(shí)代到來(lái),數(shù)據(jù)分析成為關(guān)注的焦點(diǎn),同樣重要的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卻顯得沉默很多。而根據(jù)美國(guó)IDC公司統(tǒng)計(jì),2010年在世界范圍內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量約是1ZB (=109TB),2020年將要超過(guò)40ZB,海量數(shù)據(jù)的高效率低能耗超長(zhǎng)期保存已成為目前信息領(lǐng)域的重大需求。本文的主角北京理工大學(xué)譚小地教授,目前從事的正是這方面最前沿的研究——全息光存儲(chǔ)。
實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展的跨越
據(jù)譚小地教授介紹,隨著云間數(shù)據(jù)中心(Cloud Data Center)服務(wù)的不斷普及和發(fā)展,對(duì)高容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和高速率數(shù)據(jù)提取的需求擴(kuò)大將是這一領(lǐng)域的必然趨勢(shì)。雖然已經(jīng)進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代,但目前主流的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式仍然依賴磁存儲(chǔ)技術(shù),這其中硬盤可靠保存時(shí)間僅為5年,作為數(shù)據(jù)備份和歸檔存儲(chǔ)的磁帶壽命也只有10年,至少每3年左右要轉(zhuǎn)存一次以防止磁帶發(fā)霉和粘連等原因而造成的數(shù)據(jù)丟失,且僅能用于數(shù)據(jù)備份,不能用于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)讀取。基于磁存儲(chǔ)機(jī)制的存儲(chǔ)技術(shù),不僅壽命有限而且數(shù)據(jù)是存儲(chǔ)在磁盤表面的二維平面內(nèi),存儲(chǔ)密度(735GB/in2)已經(jīng)趨近于其理論技術(shù)的極限。且磁帶為了存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù),除了要提供大規(guī)模的機(jī)房空間以外,大量的電力消耗已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心的主要支出成本。除此之外,以閃存等為代表的固態(tài)存儲(chǔ)技術(shù)也面臨存儲(chǔ)密度(550GB/in2)受限的問(wèn)題,固態(tài)存儲(chǔ)還有磨損和電荷流失等問(wèn)題,也不適應(yīng)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期保存。
譚小地教授研究的同軸全息光存儲(chǔ)方式,能夠全面解決以上難題。傳統(tǒng)光盤是將信息記錄在某個(gè)表面,在讀寫時(shí)按一個(gè)比特一個(gè)比特地進(jìn)行。全息光存儲(chǔ)技術(shù)是將信息保存在具有厚度的三維空間里,在讀寫時(shí)是以二維的數(shù)據(jù)圖為單位的并行處理,與傳統(tǒng)光盤相比具有高密度和高速度的特點(diǎn)。其獨(dú)到之處是利用一束光中的不同部分進(jìn)行干涉,因此具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。另外,同軸全息光存儲(chǔ)技術(shù)獨(dú)特的反射式媒體結(jié)構(gòu),可引入傳統(tǒng)光盤中的伺服技術(shù),既能避免外界的震動(dòng)干擾提高讀取的可靠性,又可與傳統(tǒng)的光盤相兼容。全息光存儲(chǔ)技術(shù)還具有高度保密、安全、防復(fù)制和防輻射線等特點(diǎn)。眾所周知,全息光存儲(chǔ)記錄下來(lái)的是光的干涉條紋,因保存在媒體中的干涉條紋本身就很復(fù)雜,若想改變或復(fù)制是不可能的,在讀取信息時(shí)必須使用與記錄時(shí)完全相同的參考光束才能再現(xiàn)存入的信息。因此,若在參考光中加入密碼等調(diào)制信號(hào),可以提供高度保密且簡(jiǎn)便的安全信息系統(tǒng)。同時(shí),同軸全息光存儲(chǔ)技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)大量復(fù)制功能,并且復(fù)制出的光盤媒體可以防止再次被復(fù)制,有效地防止了違法復(fù)制和盜版,
實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展上的跨越
目前,我國(guó)在磁存儲(chǔ)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)完全依賴國(guó)外公司,還沒(méi)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。市面上目前流通的傳統(tǒng)光盤技術(shù)基本由日本壟斷,CD、DVD包括藍(lán)光光盤,每生產(chǎn)出來(lái)一張光盤,對(duì)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)沒(méi)有任何投入的日本某公司就有一份錢進(jìn)帳。對(duì)此,譚小地教授特別舉例說(shuō)明?!氨热鏒VD,目前沒(méi)有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)由以日本東芝為首的協(xié)會(huì)制定,他們制定了一個(gè)規(guī)格,不按這個(gè)規(guī)格做在他們的系統(tǒng)中就無(wú)法讀出。通常情況下,應(yīng)該有一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),大家都執(zhí)行這個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。但申請(qǐng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要投入巨大精力和財(cái)力,所以他們壟斷了DVD的標(biāo)準(zhǔn),這也顯示出他們這方面的力量比較強(qiáng)大?!?/p>
沒(méi)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),不僅對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)發(fā)展不利,還制約著國(guó)內(nèi)光盤產(chǎn)業(yè)整體的發(fā)展。譚小地教授2012年回到國(guó)內(nèi),選擇在光存儲(chǔ)領(lǐng)域研究還有這方面的考慮?!癡CD時(shí)代國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展有過(guò)一次機(jī)遇。當(dāng)時(shí)DVD進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)比較慢,就是因?yàn)閂CD不受版權(quán)限制可以自由復(fù)制,而DVD有版權(quán)限制,導(dǎo)致VCD在國(guó)內(nèi)非常流行。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)已開發(fā)出比VCD清晰度高的光盤技術(shù),如果當(dāng)時(shí)我們國(guó)家能抓緊投入研發(fā)出自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品替代VCD,很有可能將DVD拒之國(guó)門外,或在DVD的規(guī)格中吸收我國(guó)的知識(shí)產(chǎn)權(quán),促進(jìn)我國(guó)在光盤產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展,但我們沒(méi)有抓住這個(gè)機(jī)會(huì)。在目前大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)海量數(shù)據(jù)超長(zhǎng)期保存的需求面前,全息光盤的技術(shù)產(chǎn)業(yè)化是又一個(gè)實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)光盤產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展的機(jī)會(huì),如果不把握住這個(gè)機(jī)會(huì),可能又要走過(guò)去光盤產(chǎn)業(yè)發(fā)展的老路——我們生產(chǎn),讓別人掙錢”。目前,國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)的發(fā)展處于維持狀態(tài),譚小地希望與國(guó)內(nèi)的光盤器件開發(fā)生產(chǎn)企業(yè)廣泛聯(lián)系,共同開發(fā)研究,提出具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利。將最新技術(shù)和最新科研成果迅速融入本技術(shù)中,不斷開發(fā)新一代的產(chǎn)品系列,開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域。提高我國(guó)在光存儲(chǔ)領(lǐng)域中的技術(shù)和實(shí)力?!斑@是我迫切想要實(shí)現(xiàn)的愿望?!?/p>
此外,存儲(chǔ)是數(shù)據(jù)安全的基礎(chǔ),沒(méi)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)國(guó)家的信息安全也面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)和威脅。所以,盡管目前困難重重,譚小地教授還是清晰地規(guī)劃出他所研究的光存儲(chǔ)技術(shù)未來(lái)發(fā)展路線。第一代產(chǎn)品的用戶以航空航天和保密應(yīng)用作為主要目標(biāo)。根據(jù)市場(chǎng)需求量,設(shè)計(jì)生產(chǎn)線,在性能上注重可靠性和安全性。與此同時(shí),研發(fā)以數(shù)據(jù)中心為主要用戶的第二代產(chǎn)品。第二代產(chǎn)品除提高技術(shù)性能外,還要注重降低成本和拓展應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)。依據(jù)市場(chǎng)的特點(diǎn),確定記錄容量和傳送速度的指標(biāo),先從數(shù)據(jù)備份的替代品開始循序漸進(jìn),逐步向硬盤和磁帶的替代品升級(jí)。第三代產(chǎn)品的開發(fā)也準(zhǔn)備在第二代產(chǎn)品進(jìn)入商品生產(chǎn)后開始。預(yù)備開發(fā)的技術(shù)是采用相位編碼方式提高記錄密度,增加傳送速度;提高材料性能,降低噪聲干擾。同時(shí),引入周邊技術(shù)的發(fā)展成果,提高集成度,縮小驅(qū)動(dòng)器體積,降低成本,爭(zhēng)取成為家庭影院的必備設(shè)備。第一和二代產(chǎn)品的開發(fā)及生產(chǎn)主要以投資為主要資金來(lái)源。第三代產(chǎn)品的開發(fā)以第一代產(chǎn)品的收入作為主要資金來(lái)源,產(chǎn)品生產(chǎn)的主要資金來(lái)源于第二代產(chǎn)品的收入。
2012年,譚小地教授入選中組部國(guó)家“千人計(jì)劃”特聘專家,同年全職回國(guó),在北京理工大學(xué)成立了信息光學(xué)研究室,廣泛開展與各方的交流活動(dòng)?!芭_(tái)灣的全息研究歷史比較悠久,這方面工作做得也比較細(xì)”,譚小地教授正在致力于海峽兩岸在全息領(lǐng)域的研究平臺(tái),“我們有共同的語(yǔ)言,可以深入的交流”,共同努力把我國(guó)在該領(lǐng)域的研究提高到世界領(lǐng)先水平。