讀懂綠色超級(jí)光盤

鄔樂(lè)佳 文靜

在童話故事中，你一定聽說(shuō)過(guò)神奇的“水晶球”，它無(wú)所不知、充滿智慧，可以告訴我們很多問(wèn)題的答案。在現(xiàn)實(shí)生活中，當(dāng)我們有了因惑，可以在圖書館暢游書海探尋答案。中國(guó)國(guó)家圖書館藏書豐富，超過(guò) 4000 萬(wàn)冊(cè)，整個(gè)圖書館的面積大約相當(dāng)于 40 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)，體量相當(dāng)大。大家是否想過(guò)，或許我們有辦法將圖書館的所有藏書收藏到手掌般大小的“記憶寶匣”里，滿足隨時(shí)隨地閱覽的需求?！俺?jí)光盤”就能實(shí)現(xiàn)這個(gè)愿望，我們一起來(lái)看看它的本事吧！

超級(jí)光盤是什么

“超級(jí)光盤”是光盤的一種，它由上海理工大學(xué)光子芯片研究院院長(zhǎng)、張江實(shí)驗(yàn)室光計(jì)算所所長(zhǎng)顧敏院士和文靜教授團(tuán)隊(duì)及中科院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所阮昊研究員等聯(lián)合研發(fā)，采用了國(guó)際首創(chuàng)的熒光超分辨光存儲(chǔ)技術(shù)，具有Pb量級(jí)的超大存儲(chǔ)容量。

“光盤”與我們生活中常見的移動(dòng)硬盤、U盤等電子存儲(chǔ)設(shè)備一樣，是一種存儲(chǔ)器件。傳統(tǒng)光盤利用激光在具有良好反射性的光滑空白盤面上燒蝕凹狀“小坑”，當(dāng)光照在這些“小坑”上時(shí)不反射信號(hào)，照到?jīng)]有“小坑”的空白處時(shí)反射信號(hào)。反射信號(hào)和不反射信號(hào)的對(duì)比，就好比二進(jìn)制開關(guān)，我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娔X、平板和手機(jī)都是二進(jìn)制原理。人們將接收到的光盤信號(hào)進(jìn)行特定編碼和解碼，可以實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制信息數(shù)據(jù)的寫入與讀出。

盤面上燒蝕的凹坑大小只有幾百納米。人肉眼可以觀察到的尺度在毫米量級(jí)，1毫米等于1000微米， 1微米等于1000納米。我們的發(fā)絲很細(xì)，直徑不足100微米，光盤上的“小坑”卻僅僅是發(fā)絲直徑的幾百分之一，可見這些記錄信息的“點(diǎn)”是多么小。光盤通過(guò)這種方式能記錄大量數(shù)據(jù)信息，可謂“小身材大容量”。

不可思議的超大容量

了解了光盤及其工作原理，我們一起來(lái)看看Pb量級(jí)是怎么一回事。一個(gè)Pb相當(dāng)于一個(gè)拍字節(jié)。我們使用的電子設(shè)備的基礎(chǔ)原理基本基于二進(jìn)制，大家在信息技術(shù)課上可能學(xué)過(guò)，二進(jìn)制數(shù)使用0和1來(lái)表示，每個(gè)0或1是一個(gè)位，是數(shù)據(jù)和信息量的最小度量單位。

傳統(tǒng)單個(gè)商用光盤的最大存儲(chǔ)容量?jī)H在幾百Gb，采用全新超分辨光存儲(chǔ)技術(shù)的“超級(jí)光盤”的單個(gè)光盤存儲(chǔ)容量最高可達(dá)1.6Pb。我們可以從更直觀的角度來(lái)理解Pb量級(jí)承載的信息量，在一般編碼規(guī)則中，一個(gè)英文字母占1字節(jié)，一個(gè)中文漢字占2字節(jié)，中國(guó)古典四大名著之一的《紅樓夢(mèng)》約七十余萬(wàn)字，占1.45 Mb 左右，使用1.6 Pb的“超級(jí)光盤”能存儲(chǔ)將近12億部《紅樓夢(mèng)》。國(guó)家圖書館館藏圖書不過(guò)4000萬(wàn)冊(cè)，有了“超級(jí)光盤”，把它們“裝進(jìn)口袋”將不再是夢(mèng)想。

為什么超級(jí)光盤技術(shù)是“綠色”的？

高存儲(chǔ)量的“超級(jí)光盤”技術(shù)在當(dāng)今社會(huì)發(fā)展中有何用武之地呢？眾所周知，在計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展下，人類已經(jīng)進(jìn)入了數(shù)字社會(huì)和數(shù)字經(jīng)濟(jì)的新時(shí)代。每時(shí)每刻、每地每處都持續(xù)產(chǎn)生著大量信息數(shù)據(jù)，大到科學(xué)研究、國(guó)家工程，小到工廠生產(chǎn)、教育教學(xué)，就連人們發(fā)布的朋友圈，都伴隨著大量數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、調(diào)用、分析、判定及決策。通過(guò)對(duì)大量數(shù)據(jù)的分析，我們能發(fā)現(xiàn)新的科學(xué)規(guī)律和理論、改善和提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率、精準(zhǔn)定位客戶需求等。

大數(shù)據(jù)已然成為驅(qū)動(dòng)社會(huì)高速發(fā)展的重要推動(dòng)力。值得一提的是，對(duì)人類具有重要意義和深遠(yuǎn)影響的人工智能，特別是ChatGPT這種通用人工智能大模型，嚴(yán)重依賴數(shù)據(jù)。如果把人工智能模型比作汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，那么數(shù)據(jù)就是燃料，海量數(shù)據(jù)是通往人工智能的階梯。然而，面對(duì)海量數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的難題，安全、低成本、長(zhǎng)時(shí)間保存數(shù)據(jù)顯得尤為重要。

目前，主流的存儲(chǔ)方式包括傳統(tǒng)光盤、磁盤和固態(tài)硬盤，但傳統(tǒng)光盤單個(gè)光盤存儲(chǔ)容量低，硬盤存儲(chǔ)存在耗電量大等缺點(diǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，2022年，全國(guó)用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)中心耗電量高達(dá)2700億千瓦時(shí)，超過(guò)上海市的總用電量，比2.5個(gè)三峽水電站全年發(fā)電量還多，隨之而來(lái)的是上億噸的碳排放，存儲(chǔ)耗電量還在以超預(yù)期的速度增長(zhǎng)。這種存儲(chǔ)方式在氣候和環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻的當(dāng)下顯得不合時(shí)宜，不符合碳減排的綠色可持續(xù)發(fā)展理念?！俺?jí)光盤”不但具有超大存儲(chǔ)容量，光學(xué)存儲(chǔ)這種記錄方式也自帶“綠色”屬性，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過(guò)程中，耗電量小、成本低、壽命長(zhǎng)，是一種節(jié)能的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，是數(shù)字社會(huì)數(shù)字經(jīng)濟(jì)快速且穩(wěn)定發(fā)展的基石。

從被制約走向遙遙領(lǐng)先

中國(guó)光盤技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是一部跌宕起伏的歷史。早期，我國(guó)在光盤技術(shù)研究方面并不落后于其他國(guó)家，研究人員在20世紀(jì)90年代初就開發(fā)出了風(fēng)靡一時(shí)的VCD。但由于光盤本身在存儲(chǔ)容量上的瓶頸，磁盤存儲(chǔ)和固態(tài)硬盤存儲(chǔ)技術(shù)又在飛速發(fā)展，我國(guó)光盤產(chǎn)業(yè)和光盤研究一度呈現(xiàn)萎縮的狀況。目前，磁盤和硬盤存儲(chǔ)的核心技術(shù)基本掌握在國(guó)外廠商手中，對(duì)我國(guó)形成了技術(shù)壁壘，制約著我國(guó)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

我國(guó)自主研發(fā)的綠色“超級(jí)光盤”不僅突破了光盤在存儲(chǔ)容量上的瓶頸，在性能方面世界領(lǐng)先，還結(jié)合光學(xué)存儲(chǔ)在節(jié)能等方面的優(yōu)勢(shì)開辟了大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的新模式，相當(dāng)于我國(guó)在存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)這一新賽道掌握了核心技術(shù)。