微軟Project Silica玻璃存儲(chǔ)技術(shù)取得重大進(jìn)展

微軟Project Silica技術(shù)回顧顯示，該項(xiàng)目代表了連接當(dāng)前存儲(chǔ)限制和未來(lái)歸檔需求之間最有前景的解決方案。

Project Silica是微軟開發(fā)的機(jī)器人歸檔庫(kù)系統(tǒng)，使用激光寫入的高容量玻璃片，采用多層、多級(jí)數(shù)據(jù)編碼方案。

微軟高級(jí)技術(shù)顧問Mahabir Bisht在9月份寫道："微軟的Project Silica代表了歸檔存儲(chǔ)技術(shù)的范式轉(zhuǎn)變，利用飛秒激光刻寫石英玻璃，能夠存儲(chǔ)數(shù)千年的數(shù)據(jù)，同時(shí)在密度和環(huán)境可持續(xù)性方面優(yōu)于現(xiàn)有的磁性和光學(xué)存儲(chǔ)解決方案。"

歸檔數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的替代方案包括硬盤驅(qū)動(dòng)器、磁帶、傳統(tǒng)光驅(qū)以及全息和先進(jìn)光學(xué)技術(shù)。

Bisht認(rèn)為硬盤存在問題："現(xiàn)代硬盤面臨著限制其歸檔實(shí)用性的根本物理限制。"他也批評(píng)磁帶："雖然磁帶存儲(chǔ)技術(shù)已經(jīng)顯著發(fā)展，但面臨幾個(gè)根本性挑戰(zhàn)。"這些挑戰(zhàn)包括緩慢的順序訪問速度、僅追加架構(gòu)、介質(zhì)降解，以及帶有復(fù)雜機(jī)器人系統(tǒng)的磁帶庫(kù)需要維護(hù)開銷。

DVD-藍(lán)光系列的光盤"面臨長(zhǎng)期歸檔的固有限制"，包括化學(xué)降解、格式過時(shí)和容量限制。

全息和先進(jìn)光學(xué)技術(shù)"面臨實(shí)際挑戰(zhàn)"，這些挑戰(zhàn)是材料科學(xué)限制、系統(tǒng)復(fù)雜性，以及高容量潛力的讀寫速度緩慢。

這使我們談到Project Silica，這是一個(gè)使用先進(jìn)機(jī)器人技術(shù)和高容量先進(jìn)光學(xué)技術(shù)玻璃片的復(fù)雜庫(kù)系統(tǒng)。

成本是一個(gè)問題，主要是飛秒激光器，它"在大約100飛秒（10^-13秒）的脈沖持續(xù)時(shí)間下運(yùn)行，每平方厘米產(chǎn)生超過太瓦的峰值功率。這種極端強(qiáng)度使非線性光學(xué)相互作用能夠在玻璃矩陣內(nèi)產(chǎn)生局部等離子體形成，而不影響周圍材料。"

Bisht說(shuō)："目前的飛秒激光系統(tǒng)成本數(shù)十萬(wàn)美元"，并且"需要復(fù)雜的維護(hù)和校準(zhǔn)"。

記錄方法涉及多層三維體素結(jié)構(gòu)和多維編碼，提供非常高的容量："一片DVD大小、兩毫米厚的玻璃片能夠存儲(chǔ)超過七太字節(jié)的數(shù)據(jù)...考慮到完整厚度利用時(shí)，這相當(dāng)于每平方英寸約1.75太字節(jié)，代表了對(duì)傳統(tǒng)光學(xué)介質(zhì)的重大進(jìn)步。"

讀取數(shù)據(jù)也需要先進(jìn)技術(shù)："Project Silica的讀取過程涉及復(fù)雜的光學(xué)顯微鏡結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法。"

寫入性能較慢："由于飛秒激光定位和脈沖傳輸所需的精度，當(dāng)前的寫入過程本質(zhì)上比傳統(tǒng)存儲(chǔ)慢。寫入速度以兆比特每秒計(jì)算，使該技術(shù)適用于寫一次、讀多次（WORM）應(yīng)用。"

Bisht指出："緩慢的寫入速度使Project Silica不適用于需要頻繁數(shù)據(jù)更新或高吞吐量寫入的應(yīng)用。"

讀取性能也不是很好："讀取涉及光學(xué)顯微鏡掃描，提供可預(yù)測(cè)但有限的吞吐量。光學(xué)讀取和AI處理的并行特性為性能優(yōu)化提供了潛力。"

但是，與磁帶不同，Project Silica確實(shí)提供隨機(jī)而不是順序訪問，這本質(zhì)上更快。

玻璃介質(zhì)"可能在不降解的情況下持續(xù)數(shù)千年"，且與磁帶不同，不需要受控環(huán)境。

玻璃介質(zhì)"可能在不降解的情況下持續(xù)數(shù)千年"，且與磁帶不同，不需要受控環(huán)境。

Project Silica具有"高初始成本...主要由飛秒激光系統(tǒng)和精密光學(xué)設(shè)備驅(qū)動(dòng)"。隨著制造規(guī)模和技術(shù)成熟度的提高，這些成本應(yīng)該會(huì)隨著時(shí)間的推移而降低。它減少了持續(xù)的電力需求，不像傳統(tǒng)歸檔系統(tǒng)，不需要定期介質(zhì)遷移，因此隨著時(shí)間的推移，其成本應(yīng)該低于傳統(tǒng)歸檔系統(tǒng)。

他認(rèn)為Project Silica很好地適合文化遺產(chǎn)保護(hù)、科學(xué)數(shù)據(jù)歸檔、法律數(shù)據(jù)保留的監(jiān)管合規(guī)以及災(zāi)難恢復(fù)等需求。

總體而言，Bisht認(rèn)為："作為一項(xiàng)新興技術(shù)，Project Silica需要進(jìn)一步發(fā)展以實(shí)現(xiàn)商業(yè)部署、標(biāo)準(zhǔn)化和生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展。"同時(shí)："高資本需求可能將采用限制在超長(zhǎng)期存儲(chǔ)證明投資合理的應(yīng)用中。"

未來(lái)發(fā)展將包括激光系統(tǒng)成本降低、更快的讀取系統(tǒng)、與現(xiàn)有歸檔管理軟件集成、綜合元數(shù)據(jù)系統(tǒng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化以及供應(yīng)鏈發(fā)展。

Bisht預(yù)見：

近期發(fā)展（2025-2027）增加容量和速度，

中期創(chuàng)新（2027-2030）改進(jìn)編碼（全息？）并擁有更集成的系統(tǒng)，如基于云的玻璃存儲(chǔ)服務(wù)，

長(zhǎng)期愿景（2030+）將容量擴(kuò)展到每個(gè)玻璃單元多個(gè)PB，超快數(shù)據(jù)訪問和自組織存儲(chǔ)。

潛在的Project Silica采用時(shí)間線：

2025-2027：專門應(yīng)用的試點(diǎn)部署 - 政府國(guó)家檔案和情報(bào)機(jī)構(gòu)、大規(guī)模科學(xué)研究數(shù)據(jù)保存、娛樂業(yè)母版存儲(chǔ)，

2027-2030：企業(yè)歸檔的商業(yè)可用性

2030-2035：在數(shù)據(jù)中心環(huán)境中廣泛采用

2035+：消費(fèi)者應(yīng)用和普遍部署

Bisht總結(jié)："被動(dòng)存儲(chǔ)的環(huán)境效益，結(jié)合超長(zhǎng)壽命和高密度，為需要擴(kuò)展數(shù)據(jù)保留的應(yīng)用提供了引人注目的總擁有成本優(yōu)勢(shì)。隨著我們每年將生成大量175澤字節(jié)的數(shù)據(jù)，對(duì)可持續(xù)、長(zhǎng)期存儲(chǔ)解決方案的需求變得越來(lái)越關(guān)鍵。"

但是："雖然當(dāng)前在寫入性能和初始成本方面的限制帶來(lái)了近期挑戰(zhàn)，但該技術(shù)的發(fā)展軌跡表明在解決日益增長(zhǎng)的全球歸檔存儲(chǔ)需求方面具有巨大潛力。"

并且："隨著技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和成本的降低，它代表了連接當(dāng)前存儲(chǔ)限制和未來(lái)歸檔需求之間最有前景的解決方案。"

評(píng)論

Project Silica已經(jīng)是一個(gè)由微軟資助、持續(xù)8年的科學(xué)、光學(xué)工程和機(jī)器人技術(shù)研究項(xiàng)目。任何商業(yè)回報(bào)都不會(huì)在2027-2030年期間之前發(fā)生，微軟可能通過提供使用該技術(shù)的Azure云數(shù)據(jù)歸檔服務(wù)成為該技術(shù)的潛在消費(fèi)者。飛秒激光器必要的成本降低不在微軟的控制范圍內(nèi)。讀取速度的必要增加可以通過并行化來(lái)幫助，但寫入速度加速似乎更困難。

生態(tài)系統(tǒng)和供應(yīng)鏈發(fā)展可以通過微軟與現(xiàn)有機(jī)器人磁帶庫(kù)系統(tǒng)供應(yīng)商（如Quantum或Spectralogic）的合作來(lái)協(xié)助。

總體而言，Project Silica似乎正處于其基礎(chǔ)研發(fā)階段的末期，準(zhǔn)備進(jìn)入后原型、初始試點(diǎn)生產(chǎn)。它可能面臨來(lái)自Cerabyte等公司的競(jìng)爭(zhēng)，這肯定會(huì)影響微軟繼續(xù)商業(yè)化的決定。

Q&A

Q1：Project Silica是什么技術(shù)？它有什么特點(diǎn)？

A：Project Silica是微軟開發(fā)的玻璃存儲(chǔ)技術(shù)，使用飛秒激光在石英玻璃上刻寫數(shù)據(jù)，采用多層、多級(jí)編碼方案。其特點(diǎn)是能夠存儲(chǔ)數(shù)千年而不降解，密度極高，一片DVD大小的玻璃片可存儲(chǔ)超過7TB數(shù)據(jù)，且不需要受控環(huán)境。

Q2：Project Silica什么時(shí)候能商用？成本如何？

A：預(yù)計(jì)2027-2030年期間開始商業(yè)部署，2030-2035年在數(shù)據(jù)中心環(huán)境廣泛采用。目前主要成本來(lái)自飛秒激光系統(tǒng)（數(shù)十萬(wàn)美元），隨著制造規(guī)模擴(kuò)大和技術(shù)成熟，成本將逐步降低。雖然初始投入高，但長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)成本較低。

Q3：Project Silica有什么限制？適用于哪些場(chǎng)景？

A：主要限制是寫入速度慢（以兆比特每秒計(jì)算）和初始成本高，更適合寫一次讀多次的應(yīng)用。最適合文化遺產(chǎn)保護(hù)、科學(xué)數(shù)據(jù)歸檔、法律合規(guī)數(shù)據(jù)保留和災(zāi)難恢復(fù)等需要超長(zhǎng)期存儲(chǔ)的場(chǎng)景，不適合頻繁更新數(shù)據(jù)的應(yīng)用。