Китайские учёные обещают воплотить в жизнь то, над чем десятилетиями бились японские разработчики. Японцы перестали бороться за оптические носители после выпуска четырёхслойных дисков Blu-ray объёмом 128 Гбайт. Опытные разработки далеко преодолевали этот рубеж, но они так и не вышли из лабораторий. Перспективные китайские оптические диски тоже пока находятся на стадии экспериментов, но они уже на старте совершили невероятный прорыв.

Источник изображения: www.scmp.com

Как сообщается в свежей статье в журнале Nature, перспективный китайский оптический диск совпадает по размерам с обычными дисками DVD как по толщине (что важно!), так и по диаметру. В то же время он имеет по 100 записывающих слоёв на каждую сторону. Слои отделены друг от друга прозрачным слоем толщиной всего 1 мкм. В 100-слойном диске разработки Hitachi, например, было всего по 50 слоёв на сторону с разнесением записывающих слоёв на 60 мкм. Можно только подивиться, чего смогли добиться китайские учёные.

На одном диске, разработанном китайскими учёными, можно записать 1,6 петабит (200 Тбайт) информации. Это почти на порядок больше, чем способны вместить современные жёсткие диски. Таким образом, даже небольшая стопка таких дисков сможет вместить информацию целого центра обработки данных.

Как и Hitachi, учёные из Шанхайского университета науки и технологий, Пекинского университета, а также Шанхайского института оптики и точной механики и Ключевой лаборатории фотохимии Китайской академии наук использовали для записи фемтосекундный лазер. Однако перед ними стояла намного более трудная задача, чтобы данные записывались в намного большем объёме диска.

В аннотации к статье в Nature, в частности, сказано: «Мы разработали оптический носитель записи на основе фоторезистивной плёнки, легированной эмиссионным красителем, индуцирующим агрегацию, который можно оптически стимулировать фемтосекундными лазерными лучами. Эта плёнка обладает высокой прозрачностью и однородностью, а явление эмиссии, индуцируемой агрегацией, обеспечивает механизм хранения».

Источник изображения: Nature 2024

Проще говоря, благодаря комбинации молекул в фоторезистивной плёнке, реагирующей на свет, происходит фиксация красителя под воздействием импульсов лазера. Технология пока не готова к коммерческой эксплуатации и нуждается в доработке как с точки зрения увеличения скоростей записи/чтения, так и с позиций разработки устройств для записи и чтения. Однако китайские диски имеют большой потенциал в сфере архивирования данных: учёные заявляют, что они смогут прослужить от 50 до 100 лет, и при этом они потребляют энергию только при записи и чтении, но не в простое.

До сих пор ни один подобный проект не дошёл до стадии рыночных изделий. Однако мир нуждается в подобных сверхъёмких и экономных носителях данных. Искусственный интеллект обещает породить такой поток информации, с которым мы до сих пор не сталкивались, а потребление ЦОД уже отбирает из национальных энергосетей единицы процентов электрогенерации. Дальше жить с этим станет ещё сложнее и лучше не доводить до крайностей.

Сообщается, что фонд Arch Mission Foundation готовит к отправке на Луну уникальный носитель для хранения в течение миллиардов лет данных о Земле и земной цивилизации. Подобные архивы планируется разбросать по другим небесным телам Солнечной системы, чтобы в далёком будущем люди смогли прикоснуться к истории планеты и людей, если по каким-то причинам на самой Земле эти данные будут утеряны.

Источник изображения: Pixabay

Следует сказать, что это не первая попытка фонда сохранить память о людях и Земле. Ранняя версия архива в виде 5-слойного диска была отправлена в космос в бардачке автомобиля Tesla Roadster, который компания Илона Маска запустила в качестве доказательства способности доставлять полезную нагрузку на орбиту Марса. Второй архив в виде 25-слойного носителя был отправлен на Луну в израильском спускаемом аппарате Beresheet, но тот разбился при посадке.

Очередной накопитель фонда также должен был быть доставлен на лунную поверхность, что планировалось совершить на спускаемом аппарате Peregrine Mission One компании Astrobotic. Однако компания затянула с изготовлением аппарата, а потом произошёл взрыв на ракете-носителе Vulcan Centaur компании United Launch Alliance (UAL), которая готовит его запуск. Тем самым начало миссии задержалось больше чем на год, но возможно, состоится в ноябре этого года.

Носитель Arch Mission Foundation представляет собой 120-мм 4-граммовый диск в специальном картридже. Четыре верхних слоя содержат инструкцию в текстовом и графическом виде, как самому собрать DVD-проигрыватель. Это примерно 60 тыс. страниц, доступных для чтения с оптическим увеличением от 100 до 200 крат. Эта информация поможет читателю извлечь и интерпретировать данные, записанные на остальных 21 слоях уже как на DVD-диске.

Содержание первых слоёв также включает в себя учебник, состоящий из тысяч страниц, на которых раскрываются значения более миллиона слов и понятий на многих языках. Кроме того, в него входят коллекции знаний по многим предметным областям, например, набор жизненно важных статей из «Википедии».

25-слойный носитель Arch Mission Foundation

Каждый слой DVD-диска содержит свыше 100 Гбайт сжатых цифровых данных или более 200 Гбайт в распакованном виде. В набор для архива включены англоязычная «Википедия», книжная библиотека Project Gutenberg, интернет-архив, информация о почти 7000 языках мира с полным набором данных PanLex и многое другое.

Особняком стоят данные об известном фокуснике-иллюзионисте Дэвиде Копперфильде (David Copperfield). Он является одним из спонсоров проекта и позаботился, чтобы о нём было как можно больше данных в архиве, включая описание всех его знаменитых фокусов.

Наличие производительной видеокарты и ЦП необходимо для обеспечения комфортного игрового процесса. Однако крупные релизы этого года указывают на то, что SSD-накопитель большой ёмкости является не менее важным компонентом, о наличии которого следует позаботиться геймерам.

Источник изображения: 11333328 / Pixabay

Ярким примером такой необходимости является недавно выпущенная Star Wars Jedi: Survivor, которая занимает около 130 Гбайт дискового пространства. Тенденция к росту объёма игр стала раздражать не только пользователей, у которых медленное интернет-соединение, но и людей, имеющих ограниченный объём пространства для хранения.

Недавний опрос в Steam показал, что чуть менее половины пользователей сервиса располагают более 1 Тбайт дискового пространства. При этом 23,18 % пользователей сервиса работают с накопителями ёмкостью от 250 Гбайт до 499 Гбайт, а 16,62 % пользователей — от 750 Гбайт до 999 Гбайт. Также отмечается, что у большинства участников упомянутого опроса есть лишь от 100 до 249 Гбайт свободного места. Это означает, что пользователям из второй группы придётся удалить большую часть данных, чтобы установить некоторые из крупных релизов года. Помимо Star Wars Jedi: Survivor, к таким играм относятся Forspoken (120 Гбайт), Redfall (100 Гбайт), The Last of Us Part 1 (100 Гбайт) и Atomic Heart (90 Гбайт).

Игры уже давно поглощают значительную часть дискового пространства, имеющегося в распоряжении рядовых пользователей. Рекордсменом в этом плане является Call of Duty: Modern Warfare (более 200 Гбайт), для взаимодействия с которой геймеры нередко покупали отдельный накопитель SSD. В этот список также входят Borderlands: 3 The Director's Cut (135 Гбайт), Red Dead Redemption 2 (120 Гбайт), Final Fantasy XV (110 Гбайт) и др.

По данным Steam, в среднем пользователи сервиса в США загружают игры со скоростью 12 Мбайт в секунду. Это означает, что для скачивания игры размером 150 Гбайт потребуется 3 часа 28 минут. Загружать такие объёмы данных также весьма проблематично для пользователей с тарифами, предполагающими ограничения по трафику. Тем не менее, покупка вместительного SSD-накопителя выглядит не менее важной, чем приобретение производительной видеокарты.

Природа придумала поразительное по плотности хранения данных решение — ДНК. Всю информацию из интернета, включая бесконечные фотографии котиков, можно записать на ДНК в объёме коробки для котика средних размеров. Учёные давно пытаются повторить этот трюк и у них даже есть успехи.

Источник изображения: Pixabay

Используя для кодирования данных на ДНК только четыре природных азотистых основания в объёме коробки для обуви можно записать 215 Пбайт данных. Но если синтезировать искусственные азотистые основания и довести их до 11 базовых кодов, то объём хранимых в «коробке» данных можно удвоить! При должном подходе эта информация может храниться миллионы лет в отличие от данных на жёстких дисках и SSD. Когда-нибудь это произойдёт, но пока исследователи решают ряд связанных с записью на ДНК проблем, в частности, это проблема разрушения данных при многократном обращении к ним и, как следствие, нарастание ошибок и потеря данных.

В новой статье в журнале Nature группа исследователей предложила интересную методику защиты и маркировки информационного ДНК-носителя, которая защищает носитель от разрушения в процессе чтения, а также облегчает сортировку ДНК-файлов и ведёт к созданию роботизированных библиотек.

Сегодня в базовом процессе работы с записанной на ДНК информацией всё происходит следующим образом: в «суп» из ДНК-носителей подаётся затравка — праймер — которая запускает реакцию ПЦР (полимеразная цепная реакция) с реплицированием нужного «файла». Каждый «файл» — это записанная нить ДНК, помеченная определённым образом, и праймер цепляется к ней и запускает процесс тиражирования. Современным инструментам по расшифровке ДНК нужны миллионы одинаковых последовательностей, чтобы надёжно расшифровать один «файл». Каждое такое «чтение» вносит ошибки и, в конечном итоге, разрушает информацию. Наконец, становится трудно работать с несколькими «файлами» одновременно.

Чтобы избежать всего этого учёные придумали заключать файл-ДНК в полимерную капсулу, но не просто так, а только при нагреве до температуры выше 50 °C. Процесс ПЦР запускается при меньшей температуре, затем при нагреве исходный «файл» прячется в капсулу и дальше всё идёт без него. Это позволяет защитить исходные данные в процессе чтения (реплицирования), а также даёт возможность присвоить каждому «файлу» свою метку — в данном случае это флюоресценция разных оттенков.

Свечение даёт возможность роботизировать каталогизацию и последующий отбор файлов — это путь к созданию библиотек. Для чтения реплицированных ДНК систему достаточно остудить и выделить из неё всё, что воспроизвелось в процессе ПЦР. Исходный ДНК-носитель в таком случае остаётся незатронутым в процесс ПЦР и не вносит в свою структуру ошибки, а цветовая метка, по которой его можно сортировать, остаётся при нём.

Микрокапсулы с ДНК, помеченные флюоресцирующими метками, под микроскопом. Источник изображения: Tom de Greef

По словам исследователей, предложенная методика позволяет считывать до 25 файлов одновременно, и теряет только 0,3 % файла после трёх считываний, а не 35 %, как при использовании существующих методов.

«Теперь остается только ждать, когда стоимость синтеза ДНК снизится еще больше, — сказал Том де Гриф (Tom de Greef), ведущий автор исследования. — Тогда техника будет готова к применению».