微軟新技術(shù)把玻璃變成硬盤，一塊存五千部電影，一萬(wàn)年不丟數(shù)據(jù)

2 月 18 日，微軟的玻璃芯片問世并登上 Nature 論文，研究人員利用飛秒激光在硼硅玻璃中刻錄相位體素的光學(xué)存儲(chǔ)技術(shù)，一塊僅 2 毫米厚的玻璃片可以容納 4.8TB 數(shù)據(jù)，這相當(dāng)于大約 200 萬(wàn)本印刷書籍或 5,000 部超高清電影。

（來源：Nature）

簡(jiǎn)單來說，該技術(shù)就是把數(shù)據(jù)寫進(jìn)玻璃里。這塊兩毫米薄、巴掌大小的方形玻璃里，所塞進(jìn)去的數(shù)據(jù)足以裝下近千部高清電影。

這項(xiàng)技術(shù)利用光的相位差異在四維空間編碼信息，只需單次激光脈沖寫入，成品玻璃理論上可保存 1 萬(wàn)年而不需維護(hù)，能抵御磁帶、硬盤等傳統(tǒng)介質(zhì)的衰減與惡意篡改，有望徹底改變數(shù)據(jù)歸檔與數(shù)字遺產(chǎn)保存方式。

此次研究使用的技術(shù)叫做 Project Silica，中文是二氧化硅項(xiàng)目。硅，是沙子的主要成分。日常家中的窗戶、烤箱門甚至微波爐轉(zhuǎn)盤，使用的都是同一種材料也就是硼硅鹽酸玻璃。這種玻璃便宜、透明、耐熱、防水、不會(huì)生銹。但問題是怎么把數(shù)據(jù)寫進(jìn)去。

微軟團(tuán)隊(duì)使用了一臺(tái)飛秒激光器。飛秒非常短，一飛秒是一千萬(wàn)億分之一秒，比眨一下眼睛還要快許多倍。這么短促的激光脈沖打進(jìn)玻璃，會(huì)在焦點(diǎn)處產(chǎn)生高溫高壓，從而改變那一小塊玻璃的結(jié)構(gòu)。他們把這個(gè)小斑點(diǎn)叫做 voxel，等于就是玻璃里的一個(gè)像素點(diǎn)。

（來源：微軟）

傳統(tǒng)技術(shù)需要使用很多個(gè)脈沖激光才能寫一個(gè)點(diǎn)，速度非常之慢。這項(xiàng)研究則搞定了兩件事：一是把每個(gè)點(diǎn)的寫入時(shí)間壓縮到一個(gè)脈沖，二是讓激光束分成四條同時(shí)刻寫。現(xiàn)在的寫入速度是每秒 6,500 萬(wàn)比特，雖然距離硬盤還差得遠(yuǎn)，但是作為檔案存儲(chǔ)已經(jīng)夠用。

在讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候，不需要把玻璃插進(jìn)什么特制的機(jī)器，只需要一臺(tái)顯微鏡加一個(gè)攝像頭。激光掃過玻璃，不同結(jié)構(gòu)的點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生不同的亮度，攝像頭拍下來之后，軟件再把這些亮暗點(diǎn)翻譯回 0 和 1。以前的讀取設(shè)備需要三個(gè)攝像頭才能分清楚偏振方向，現(xiàn)在使用一個(gè)攝像頭就夠了，成本直接砍掉一大半。

為了讓玻璃能夠存更多層，他們把數(shù)據(jù)一頁(yè)一頁(yè)摞起來，每層間隔只有幾微米。一束激光掃過去，一次能夠讀到三十多層的信息。整塊玻璃摞了三百多層，總厚度只有兩毫米。

（來源：微軟）

那么，一萬(wàn)年是怎么算出來的？微軟團(tuán)隊(duì)使用了一種名為加速老化的方式。他們把寫好數(shù)據(jù)的玻璃放進(jìn)烤箱，加熱到四百多攝氏度，觀察那些結(jié)構(gòu)在多久之后會(huì)消失。高溫會(huì)加速分子的運(yùn)動(dòng)，也會(huì)讓時(shí)間快進(jìn)。把高溫下的衰減速度畫成曲線，再往回推算到常溫，結(jié)果就是一萬(wàn)年。

當(dāng)時(shí)，實(shí)驗(yàn)室里的一萬(wàn)年不等于現(xiàn)實(shí)世界的一萬(wàn)年。萬(wàn)一玻璃摔碎了，數(shù)據(jù)一樣會(huì)丟失。所以，這套系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了一個(gè)機(jī)械臂玻璃庫(kù)，機(jī)器人會(huì)把你要讀取的那塊玻璃從架子上取下來送到顯微鏡下掃描。多塊玻璃之間還可以互相備份，假如壞了一塊能夠從別的塊補(bǔ)回來。

（來源：微軟）

它最直接的應(yīng)用場(chǎng)景是用在檔案館、圖書館和博物館。那些需要永久保存的孤本古籍、歷史影像和科研數(shù)據(jù)，再也不用每隔幾年拷貝一次。目前，音樂版權(quán)公司已經(jīng)找到微軟談合作，有個(gè)叫 Global Music Vault 的項(xiàng)目，正打算把世界各地的音樂存進(jìn)玻璃，埋到北極的冰層下面，讓一萬(wàn)年后的人類還能聽到今天的聲音。

事實(shí)上，華納兄弟幾年前就曾和微軟合作把一部《超人》電影存進(jìn)了一塊石英玻璃里。甚至有人還想用它做一個(gè)“金唱片”。四十多年前，旅行者號(hào)探測(cè)器帶著一張鍍金銅唱片飛出太陽(yáng)系，上面錄了地球的影像和聲音。現(xiàn)在，有一只科研團(tuán)隊(duì)正在眾籌新一代的“金唱片”，他們打算使用本次微軟團(tuán)隊(duì)打造的玻璃作為介質(zhì)，存進(jìn)更多影像、語(yǔ)言和音樂。讓未來無論誰(shuí)撿到它，都可以讀懂我們二十一世紀(jì)的人類。

那么，這項(xiàng)技術(shù)何時(shí)能夠用在手機(jī)上？這可能還為時(shí)尚早，無論是讀寫速度、設(shè)備成本還是玻璃的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，都還需要時(shí)間。但是，本次成果至少告訴我們，數(shù)據(jù)并非只能存在于電和磁里，也可以被裝入玻璃里。

參考資料：

相關(guān)論文 https://www.nature.com/articles/s41586-025-10042-w

https://www.microsoft.com/en-us/research/blog/project-silicas-advances-in-glass-storage-technology/

排版：胡巍巍