Optické disky znovu na scéně? Čínští vědci slibují až 200 TB na disk

Optické disky se běžně používají pro ukládání různých typů dat, včetně hudby, filmů, softwaru a dalších, ale slouží i pro zálohování. Jejich význam ale postupně upadá, protože jejich kapacita už často nedostačuje a problematická je i jejich spolehlivost.

Teď si ale představte disk o velikosti běžného DVD, na který lze uložit více než 10 000krát více dat než na Blu-ray disk, což by mohlo vést k obrovským úsporám prostoru potřebného pro uložení dat a energie v éře velkých dat a umělé inteligence. A něco takového má nabízet nová technologie.
 

Posun v technologii

Výzkumníci z Šanghajské univerzity pro vědu a technologie (USST) a Šanghajského institutu optiky a jemné mechaniky (SIOM) tvrdí, že s využitím stovek vrstev je možné na optické disky ukládání data až na úrovni petabitů. Zároveň tvrdí, že se jim podařilo prolomit optickou tzv. difrakční bariéru, která omezuje, jak blízko u sebe mohou být zaznamenané prvky.

V článku publikovaném v časopise Nature s názvem "A 3D nanoscale optical disk memory with petabit capacity" (3D optická disková paměť v nanorozměrech s petabitovou kapacitou) vědci podrobně popisují, jak vyvinuli nové optické paměťové médium, které nazývají barvivem dopovaný fotorezist (dye-doped photoresist - DDPR) s luminogeny indukovanými agregací (aggregation-induced emission luminogens - AIE-DDPR).
 

Médium prý překonává ostatní optické systémy a pevné disky z hlediska hustoty dat - množství paměti na jednotku plochy. Konkrétně vědci tvrdí, že je 125krát vyšší než u vícevrstvého optického disku založeného na zlatých tyčinkách (gold nanorods) a 24krát vyšší než u nejmodernějších pevných disků (na základě údajů z roku 2022).

Jak funguje záznam a čtení

Navrhované procesy záznamu a čtení pro toto médium vyžadují vždy dva laserové paprsky. Pro optický zápis se na oblast záznamu soustředí femtosekundový Gaussův laserový paprsek o vlnové délce 515 nm a kontinuální laserový paprsek o vlnové délce 639 nm.
 

První paprsek zde iniciuje polymerizaci, která je deaktivována druhým paprskem, což vede k záznamovému místu s velikostí, kterou výzkumníci nazývají "subdifrakční velikost (sub-diffractive volume size)", což znamená menší, než by bylo jinak možné. Ke čtení se používá pulzní laser o vlnové délce 480 nm a kontinuální laser o vlnové délce 592 nm.

Podle výzkumníků lze prázdné disky s fólií AIE-DDPR vyrábět postupem kompatibilním se standardním pracovním postupem pro běžné DVD disky zahrnujícím vířivé pokovování a procesem lisování prázdných disků. Vědci tvrdí, že film AIE-DDPR je natolik průhledný, že na takové disky dokázali při testech zapsat a přečíst až 100 vrstev, přičemž vzdálenost mezi sousedními vrstvami byla pouhý 1 mikrometr (1 μm).
 

Odhadovaná kapacita

Při 100 vrstvách na disku a minimální velikosti bodu 54 nm a boční rozteči stop 70 nm by to podle odhadů výzkumníků mělo umožnit kapacitu zapsat data o velikosti 200 TB na ploše disku velikosti DVD. 

Upozorňují však, že ačkoli se tím výrazně zvýšila hustota zápisu, pro komerční použití by bylo ještě potřeba zlepšit rychlost zápisu a energetickou účinnost. Toho by bylo možné dosáhnout použitím femtosekundového laserového paprsku s vyšší opakovací frekvencí a citlivějšího fotorezistu, než jaké se používají v současném systému.

Tvrdí, že flashová úložiště a diskové jednotky jsou také energeticky velmi náročné, což vede k vysokým provozním nákladům a krátké životnosti, zatímco optická média mohou bezpečně uchovávat data po desítky let. Mezinárodní energetická agentura odhaduje, že datová centra po celém světě spotřebovala v roce 2022 asi 1 procento celkové celosvětové poptávky po elektřině. Optickým diskům konkurují například páskové jednotky. Společnost IBM loni oznámila páskovou jednotku TS1170 s kazetami o kapacitě 50 TB, které jsou díky kompresi 3:1 schopny uložit až 150 TB.

Zdroj: Nature, X, SMPC, EurekAlert, The Register