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大數據時代,信息存儲已成為首先解決問題,全息光存儲借助激光成為龍頭

發布:2022-04-19 09:54作者:www.yattendonparish.com點擊:855次

“光有速度,也有容量?!备=◣煼洞髮W唐小娣教授在2020福州光電產業論壇上的演講中說。作為“新基建”的提出,建設5G等新基建數據中心、人工智能和工業互聯網加速發展,數據成為新基建的核心要素?,F在讓我們來了解一下大數據時代的光存儲技術。
人類已經進入大數據時代,大數據的低成本、超長期存儲已成為當今網絡信息產業的一大必需品。將發揮重要作用。大數據科學嚴重依賴全球數據。更大、更復雜的數據集是各種相關性分析和知識提取的基礎,需要長期準備各種數據。
高密度、長壽命的光存儲器滿足下一代信息技術產業、新材料制造等新興戰略領域的總體需求。高密度存儲滿足了新一代信息技術對大規模數據存儲和低成本維護的需求,相當于高密度、長壽命光存儲的存儲介質將為新材料的發展帶來行業。
大數據時代的數據有多大?
根據 IDC 企業外部存儲季度市場觀察,到 2020 年全球數據總量將達到 40 ZB(ZB = 1012 B),其中 80% 將僅保留,很少讀取。并且使用了所謂的“冷數據”,這個數據的大小可以通過簡單的計算來理解。如果將這些冷數據存儲在 1TB 的硬盤上,則需要 320 億個這樣的硬盤,而這些硬盤(26mm 厚)可以繞地球運行 20 多圈。
有可能隨著對數據存儲的這種需求,隨著數據中心對存儲容量的需求猛增,對更高存儲密度的需求也將增加。
有哪些數據存儲選項?
目前,數據中心的主要存儲介質仍然是磁存儲機制,主要產品是硬盤和磁帶。該技術不僅壽命有限(磁盤 5 年,磁帶 10 年),而且數據存儲在磁盤上的二維平面中,存儲密度(735 Gb/in2)正在逼近。他們的技術的理論極限。
另一方面,以閃存為代表的固態存儲技術雖然應用擴展領域廣泛,但也面臨著存儲密度有限(550Gbps)的問題,而且該技術也有擦除和寫入。有限的。 .它也不適合長期、低成本的冷庫。
隨著數據存儲需求的不斷增加,數據中心的能耗也在不斷增加。在谷歌數據中心,能源消耗超過了維護和管理成本的 50%。公司開始建設自己的發電廠,利用自己的生產來降低用電成本。根據 McKense Corporation 的一份報告,到 2020 年,數據中心行業將成為溫室氣體排放的主要貢獻者。因此,通過數據存儲降低能耗也是運營和管理大型數據中心的主要目標之一。
優缺點,以及光驅的發展
Facebook對現代存儲技術的比較研究表明,光存儲在長期數據存儲成本和功耗方面的優勢最大,并已開始使用藍光光盤(BD,Blu-ray Discs)將冷數據存儲在您的計算機上。電腦。自己的日期。 ,從而產生重大影響,將成本降低多達 50%,能源消耗降低多達 80%。
CD、DVD、BD等光盤存儲設備是利用盤面局部點反射或不反射的激光來讀取二進制0或1的數據,通過改變其局部點的反射或不反射狀態來實現材料的物理性質,而這種物理性質的改變也必須通過物理手段來實現,即使在鎖定狀態下也不會丟失信息。因此,與其他歸檔方式相比,光學歸檔具有節能、歸檔時間長等優點。
光盤歷經了三代 CD、DVD 和 BD,并且它們的記錄密度不斷增加。這種增加密度的方法是通過減小光盤上的光聚焦區域的大小來實現的。如圖所示。 1、三張光盤的容量分別為0.7、4.7、25GB;光點 (S) 的直徑為 2.11、1.32 和 0.58 m。為了縮小這個亮區,用于聚焦亮區的鏡頭的數值孔徑(NA)也增加了,接近極限(1);光的波長(λ)隨著接近紫外極限而變得越來越短,因此光會聚點的偏差減小,表面保護層(t)也變薄??梢哉f,由于光學系統的衍射極限,這種基于光盤表面二維點陣排列的傳統光盤技術的記錄密度(25Gbps)也達到了理論極限。 .
為了增加光盤的容量,日本的BD廠商一直在致力于BD。為了在多層方向上擴展BD的二維存儲空間,已經進行了多項研究。雖然索尼和松下等公司已經向存儲市場推出了 4 層 (100GB) 和 6 層 (150GB) 產品,但它們也在充分利用 TDK Labs。 16 級搜索結果。相信隨著多層技術的不斷發展,BD產品的存儲容量將不斷增加和提高。
由于光盤容量有限,光盤讀取速度不足,數據中心使用光盤也必須納入當前的存儲技術,以實現自給自足。 - 稱為“光盤庫”。在國內,也有企業和高校開發的產品,可以充分解決目前光盤性能低下的問題,實現高存儲容量和高速數據傳輸能力。
傳統的多層光盤技術雖然可以增加光盤的存儲容量,但隨著層數的增加,也導致在讀寫操作中放大器的控制困難。此外,每個級別都是相互獨立的,改進的范圍也有限??紤]到未來對大數據存儲的需求,需要進一步發展更高密度和更高數據傳輸率的存儲技術。
全息光存儲技術,光存儲器的未來
50 年前,全息光存儲器被稱為一種高速、高密度的存儲方法。通過全息技術記錄和再現信息。
空間光調制器 (SLM) 將信息轉換為稱為“物體光”(也稱為信息光)的光束,并使用透鏡將光束聚焦到全息圖上。另一束“參考光”正在干擾,正在檢測干擾邊緣。 B 參考光束的方向允許不同的信息存儲在全息介質的相同位置??梢赃M行高密度歸檔。在回放期間,當參考光在拍攝角度內時,根據布拉格模式再現記錄信息的光。隨著再現光通過透鏡,可以重構空間光調制器圖像以實現再現信息。這種全息存儲方式常被稱為“雙光束全息光存儲”。
與傳統的光盤數據存儲方式相比,全息光存儲的3D空間傳感和2D數據傳輸方式具有密度高(1mm厚理論值:10TB/in2)和高速(取決于轉換光電元件)。不是技術本身)。
全息光存儲器的研究始于 1960 年代。 1980年代和1990年代,美國的國家項目也考慮全息光存儲技術。主要代表是來自加州理工學院、斯坦福大學和 IBM Corporation Vent 的研究小組。當時最重要的記錄材料是可重寫存儲光折變晶體和保存至今的全息存儲材料。
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