Archiwizacja cyfrowych zbiorów od lat rozbija się o prozę życia – taśmy i dyski starzeją się, więc dane trzeba cyklicznie przenosić na nowe nośniki. Zespół Microsoft Research z projektu Silica pokazał w Nature kompletny system zapisu, odczytu i dekodowania danych zapisanych wewnątrz szkła za pomocą femtosekundowego lasera. W demonstracji w płytce szkła o grubości 2 mm i boku 12 cm zapisano 4,8 TB w 301 warstwach, osiągając gęstość 1,59 Gbit na mm sześcienny. Autorzy raportują także zapis z przepustowością 25,6 Mbit na sekundę na wiązkę i zużyciem energii 10,1 nJ na bit. Najważniejsza zmiana – technologia działa też na tanim szkle borokrzemowym, a testy przyspieszonego starzenia sugerują trwałość przekraczającą 10 000 lat.
Jak działa zapis w szkle i czym są voxele danych?
W centrum technologii są voxele, czyli trójwymiarowe odpowiedniki pikseli, ukryte pod powierzchnią szkła. Femtosekundowy impuls jest tak krótki, że w ognisku powstaje mikroskopijna, trwała modyfikacja struktury materiału, bez „gotowania” otoczenia. Dane są najpierw kodowane korekcją błędów, a potem zamieniane na symbole, z których każdy odpowiada jednemu voxelowi zapisującemu więcej niż jeden bit. Zapisy odbywają się warstwa po warstwie, od dołu do góry, a odczyt realizuje zautomatyzowany mikroskop, który fotografuje kolejne warstwy. Kluczowe jest dekodowanie – obrazy trafiają do modeli uczenia maszynowego, które rozpoznają symbole mimo szumu optycznego i przesłuchów między voxelami. W praktyce to właśnie połączenie precyzyjnego zapisu, powtarzalnego odczytu i „inteligentnego” dekodera domyka drogę od laboratoryjnego efektu do systemu, który może pracować jak prawdziwe archiwum WORM – zapis raz, przechowuj bardzo długo.
Rekord gęstości i szybkości ma ograniczyć migracje archiwów
Największą obietnicą szkła jest nie tylko trwałość, ale też oszczędność energii i pracy w długim horyzoncie. Dzisiejsze archiwa często płacą podwójnie – raz za nośniki, drugi raz za okresowe przepisywanie danych, zanim stare nośniki stracą integralność. W podejściu Silica dane są odporne na wilgoć, wahania temperatury i zakłócenia elektromagnetyczne, więc magazyn nie musi być utrzymywany w tak rygorystycznych warunkach jak klasyczne składowiska taśm. Równolegle rośnie znaczenie wydajności – 25,6 Mbit na sekundę na wiązkę to parametr, który dopiero przy pracy wielowiązkowej zaczyna wyglądać jak realna ścieżka do skali centrów danych. Zespół podkreśla też stabilizację procesu zapisu – sprzęt monitoruje emisje plazmy i w pętli zwrotnej koryguje energię impulsów, aby voxele powstawały w sposób przewidywalny. To ważne, bo w archiwum liczy się powtarzalność miliardów zapisów, a nie pojedynczy efekt wow w mikroskopie.
Borosilikat zamiast kwarcu ma obniżyć koszt i złożoność czytników
Wcześniejsze demonstracje zapisu w szkle często opierały się na wysokiej jakości krzemionce, która jest droższa i trudniejsza w pozyskaniu w skali masowej. Nowy wynik przenosi ciężar na szkło borokrzemowe, czyli materiał znany z laboratoriów i naczyń kuchennych. To zmiana strategiczna, bo uderza w dwie bariery komercjalizacji naraz – cenę nośnika i prostotę systemu odczytu. W borosilikacie zespół wykorzystuje tzw. voxele fazowe, zapisujące informację przez lokalną zmianę współczynnika załamania, a każdy voxel może powstać pojedynczym impulsem. To upraszcza zapis i obniża wymagania wobec urządzeń. Microsoft wskazuje też, że czytnik można uprościć sprzętowo, przechodząc na konfigurację z jedną kamerą zamiast kilku kanałów obrazowania, co zmniejsza koszt i gabaryty. Równolegle w grę wchodzi trwałość – przyspieszone testy starzeniowe, realizowane przez intensywne podgrzewanie zapisanych próbek, mają wskazywać na stabilność danych liczonych w tysiącach lat, a w temperaturze pokojowej jeszcze dłużej.
Od demonstracji do chmury – największe wyzwania stoją przed produkcją masową
Nawet tak mocny wynik nie oznacza, że jutro zobaczymy szklane kartridże w każdej serwerowni. Najtrudniejsze pytania zaczynają się tam, gdzie trzeba połączyć optykę, mechanikę i logistykę biblioteki nośników w jeden, niezawodny system. Koszt i dostępność laserów femtosekundowych wciąż są ograniczeniem, podobnie jak tempo zapisu w ujęciu całego archiwum, a nie pojedynczej wiązki. Dochodzi też praktyka – nośnik jest trwały, ale archiwum musi mieć pewność, że za dekady ktoś nadal będzie umiał odczytać format, utrzymać kompatybilność dekodera i zapewnić kontrolę integralności. Z tego powodu Silica jest pozycjonowana jako rozwiązanie do danych, których nie modyfikuje się codziennie – zasobów kultury, archiwów naukowych, rejestrów czy zbiorów chmurowych przechowywanych latami. Jeśli jednak uda się obniżyć koszt urządzeń i przyspieszyć zapis dzięki równoległości, szkło może stać się jednym z nielicznych nośników, które realnie zmniejszają konieczność ciągłego przepisywania cyfrowej pamięci świata.
Źródło:
- https://www.nature.com/articles/s41586-025-10042-w
- https://www.microsoft.com/en-us/research/blog/project-silicas-advances-in-glass-storage-technology/
- https://www.microsoft.com/en-us/research/publication/laser-writing-in-glass-for-dense-fast-and-efficient-archival-data-storage/
- https://cen.acs.org/materials/electronic-materials/Glass-data-storage-solution-last/104/web/2026/02
- https://spectrum.ieee.org/glass-data-storage-microsoft-silica