Επιστήμονες από διάφορα κινεζικά ιδρύματα, μεταξύ των οποίων το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Σαγκάης και το Ινστιτούτο Οπτικής και Μηχανικής της Σαγκάης, ανέπτυξαν έναν καινοτόμο 3D οπτικό δίσκο αποθήκευσης (CD) με την εξωπραγματική χωρητικότητα των 1,6 petabits, που ισοδυναμεί με 200 terabytes. Αυτή η ικανότητα αποθήκευσης υπερβαίνει κατά πολύ τα όρια των μεγαλύτερων σκληρών δίσκων που έχουν κατασκευαστεί και γνωρίζαμε μέχρι σήμερα, όπου, σύμφωνα με το Tech Radar, ο μεγαλύτερος σε χωρητικότητα σκληρός δίσκος άγγιξε τα 100 terrabytes και κόστιζε 40.000 δολάρια.

Η αξιοσημείωτη αποθηκευτική ικανότητα της συγκεκριμένης καινοτομίας οφείλεται στη χρήση ενός εξαιρετικά διαφανούς φιλμ που ονομάζεται «φωτοαντίσταση φωτοχρωστικής ουσίας με επαγόμενη εκπομπή συσσωμάτωσης» (AIE-DDPR), και η μεμβράνη αυτή επιτρέπει την κωδικοποίηση δεδομένων σε 100 στρώματα (layers) του οπτικού δίσκου. Η τεχνολογία ενισχύεται περαιτέρω με τη χρήση διπλών λέιζερ, επιτρέποντας την κωδικοποίηση και την ανάγνωση δεδομένων από σημεία με μήκος κύματος περίπου το 1/10 του μήκους κύματος του ορατού φωτός -αυτό ξεπερνά τους περιορισμούς που επιβάλλει το όριο της οπτικής περίθλασης [σ.σ. το φαινόμενο της διάχυσης των κυμάτων προς όλες τις κατευθύνσεις όταν αυτά συναντάνε ένα εμπόδιο ή μία οπή με διαστάσεις παραπλήσιες του μήκους κύματος] στην ανάλυση των οπτικών συστημάτων απεικόνισης.

Πηγή: Telnyx

Σε σχέση με τις τρέχουσες μεθόδους αποθήκευσης δεδομένων σε οπτικά μέσα, όπως τα CD-ROM, τα DVD και τα Blu-Ray, στα οποία υπάρχει περιορισμός χωρητικότητας λόγω των λιγότερων αριθμών στρωμάτων, η συγκεκριμένη καινοτομία είναι ένα σημαντικό άλμα στον τομέα της τεχνολογίας που θα επηρεάσει σταδιακά τη βιομηχανία. O Min Gu, μηχανικός οπτικών-ηλεκτρικών συστημάτων και υπολογιστών στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Σαγκάης, μιλώντας στο IEEE Spectrum, δήλωσε ότι οι δίσκοι αυτοί μπορούν να κατασκευαστούν σε περίπου έξι λεπτά ο καθένας, χρησιμοποιώντας «διαδικασίες παρόμοιες με εκείνες που χρησιμοποιούνται για τα DVD», υποδεικνύοντας τη δυνατότητα κλιμακούμενης παραγωγής στο μέλλον.

Τα οφέλη του petabit CD

Στην εποχή των cloud servers και των data centers, όπου τα πάντα αποθηκεύονται και μετατρέπονται σε byte, η ανακοίνωση της συγκεκριμένης τεχνολογικής ανακάλυψης δημιουργεί ενθουσιασμό. Με δεδομένο ότι αυτά τα CD ξεπερνούν το 1 exabyte μέγεθος χωρητικότητας (1,024 petabyte = 1 exabyte), οι αλλαγές που έρχονται σε χωροταξικό και ενεργειακό επίπεδο για τις εγκαταστάσεις αποθήκευσης δεδομένων κρίνονται επαναστατικές.

Δεδομένης της μείωσης του ενδιαφέροντος του κόσμου για αγορά ταινιών και μουσικής σε οπτικά μέσα -αν εξαιρέσουμε τη memorabilia παγκόσμια αγορά και τα κατά καιρούς trends-, είναι πολύ δύσκολο αυτή η νέα τεχνολογία να βρει μια θέση στο ράφι μας, παρά τις δυνατότητές της ως φυσική μορφή για ταινίες 8Κ. Η ομάδα των ερευνητών πιστεύει ότι αυτό που πραγματικά μπορούν να επωφεληθούν είναι τα μεγάλα data centers ανά τον κόσμο. Με τη χρήση των οπτικών δίσκων σε νανοκλίμακα, ένα data center θα μπορούσε να αποθηκεύσει ένα exabit πληροφοριών μέσα σε ένα μόνο CD, μια ποσότητα δεδομένων που επί του παρόντος θα απαιτούσε εγκαταστάσεις «στο μέγεθος ενός σταδίου», όπως σχολιάζει το Digital Trends.

Στο εσωτερικό ενός μικρού data center (Φωτ.: imgix / Unsplash)

Παράλληλα, το φυσικό αποτύπωμα και η κατανάλωση ενέργειας που σχετίζονται με την αποθήκευση δεδομένων θα μπορούσε να μειωθεί δραστικά, συμβάλλοντας έτσι και στην μετρίαση της κλιματικής αλλαγής. Σύμφωνα με το MIT Press Reader, η ηλεκτρική ενέργεια που χρησιμοποιείται αυτή τη στιγμή από τα data center, αντιπροσωπεύει το 0,3% των συνολικών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, ενώ αυτές οι εγκαταστάσεις στις ΗΠΑ καταναλώνουν περίπου 200 TWh ετησίως, δηλαδή «περισσότερη κατανάλωση απ’ ό,τι ορισμένα κράτη» από μία μόνο χώρα, όπως αναφέρει το 8 Billion Trees.

To CD των 1,6 petabit έχει σχεδιαστεί για εταιρικές και βιομηχανικές χρήσεις, αλλά για να καταλήξει στο σπίτι μας θα χρειαστεί να ξεπεραστούν κάποια σημαντικά εμπόδια. Οι ερευνητές αυτή τη στιγμή εργάζονται για να βελτιώσουν την ταχύτητας εγγραφής και την κατανάλωση ενέργειας που χρειάζεται η παραγωγή του οπτικού μέσου και πιστεύουν ότι στο μέλλον θα έχουν τη δυνατότητα να δημιουργήσουν περισσότερα layers σε κάθε CD.

Ενώ οι οπτικοί δίσκοι είναι οικονομικώς αποδοτικοί και ανθεκτικοί, χαρακτηριστικά που επηρέασαν την παγκόσμια αγορά και έτσι εκτοπίστηκαν σχετικά γρήγορα οι δίσκοι βινυλίου και οι κασέτες, η χωρητικότητά τους για την αποθήκευση δεδομένων είναι περιορισμένη, καθώς συνήθως αποθηκεύουν πληροφορίες σε ένα μόνο στρώμα. Οι προηγούμενες προσπάθειες των επιστημόνων για τη βελτίωση της χωρητικότητάς τους αφορούσαν την κωδικοποίηση δεδομένων σε πολλαπλά στρώματα σε τρεις διαστάσεις (3D). Ωστόσο, μια σημαντική πρόκληση στις προηγούμενες έρευνες ήταν ο περιορισμός που επέβαλε η οπτική τεχνολογία, όπου η ανάγνωση και η εγγραφή δεδομένων περιορίζονταν από το μέγεθος των μηκών κύματος του φωτός που χρησιμοποιούνταν. Τώρα όμως με 100 διαθέσιμα στρώματα (layers) σε ένα μόνο οπτικό μέσο, η ιστορία ενός κράτους μπορεί να αποθηκευτεί σε ένα CD. Η επόμενη πρόκληση που θα πρέπει να αντιμετωπίσουμε είναι ποιος θα κατέχει αυτό το CD.