【科学强国】容量百倍于普通硬盘！“超级光盘”闪亮登场

存储容量是普通光盘上万倍、普通硬盘上百倍的“超级光盘”，近日在中国科学院上海光学精密机械研究所诞生。

2月21日，上海光机所阮昊研究员展示“超级光盘”。新华社记者张建松 摄

这对我国的信息存储领域来说，可是个了不起的突破。这种超大容量光盘直径12厘米，单面层数多达100层，厚度只有1.2毫米，但是单盘的存储容量却高达约1.6 Pb。也就是说，一个单盘存储容量相当于至少1万张蓝光光盘或100个大容量硬盘。

光存储领域的追求

在数据存储单位中，1024吉字节（GB）等于1太字节（TB），1024太字节组成1拍字节（PB），而1024拍字节则组成1艾字节（EB）。

据上海理工大学，根据数据存储专业机构出具的白皮书显示，到2025年全球数据总量将由2018年的33ZB增加到175ZB（ZB即“泽字节”，1ZB等于10亿TB，即太字节），如果用时下比较主流的1TB容量的移动硬盘装这些数据，则至少需要使用1750亿个。

它们不仅成本高昂，而且寿命短。因此无论是个人日常所需，还是工农业生产，开发能够容纳海量数据且绿色安全的存储技术早已迫在眉睫。

而光学数据存储（ODS）是一种常用于DVD的光基存储手段。这种存储方法具有较高的成本效益和较强的持久性，但由于它通常以单层方式存储数据，因此能够存储的数据量有限。

在信息量日益增长的大数据时代，突破衍射极限、缩小信息点尺寸、提高单盘存储容量长久以来一直都是光存储领域的追求。

仅仅20克透明轻薄的光盘，来源：《自然》

“超级光盘”诞生了

2月22日，中国科研人员在超大容量超分辨三维光存储研究中取得最新突破性进展，相关研究成果以“Pb容量三维纳米光子存”为题，发表于《自然》杂志，论文第一作者单位为上海光机所，通讯作者为上海光机所阮昊研究员和上海理工大学光子芯片研究院院长顾敏院士，上海理工大学文静教授。上海光机所博士后赵苗和上海理工大学文静教授为并列第一作者，为光信息存储技术领域带来新的曙光。

据悉，实验上首次在信息写入和读出均突破了衍射极限的限制，实现了点尺寸为54nm、道间距为70nm的超分辨数据存储，并完成了100层的多层记录，单盘等效容量达Pb量级。经老化加速测试，光盘介质寿命大于40年。

这是国际上首次实现PB量级的超大容量光存储。“我们的材料是完全透明的，所以能发挥光的优点，可以三维存储。原来一个数据中心的容量就是1PB，现在我们相当于把一个机柜缩小到一张光盘上。”阮昊表示。

此次研究成果有助于我国在存储领域突破关键核心技术，将在大数据数字经济中发挥作用。论文审稿人评价称，该研究成果可能会带来数据中心档案数据存储的突破，解决大容量和节能的存储技术难题。

产业化之路漫漫

从光学显微技术，到当今“卡脖子”技术的光刻机，再到光存储技术，无一不被光学衍射极限所限制。在2021年Science发布的全世界最前沿的125个科学问题中，突破衍射极限限制更是在物理领域高居首位。

而在数据的分类中，有热数据、冷数据、温数据等。“冷数据”一般指的是那些时效性需求不太高的，“热数据”是对处理时间要求高、需要立刻做决策并运算的，例如自动驾驶、远程医疗等，“温数据”则是介于“冷数据”和“热数据”之间的。

阮昊表示，他们的成果主要存储的就是冷数据。“在所有数据中，80%以上都是冷数据，这些数据使用频率很少，但是需要永久保存，比如大科学装置做出来的实验数据。这类实验做一次非常不容易，这些访问速率没那么快但是又很重要的数据都要安全性地保存，我们的成果主要用在这类数据上面，因此特别适合数据中心的使用。”他补充举例，像处理热数据的固态硬盘、手机存储卡、存储条都很贵，处理百分之十几的温数据可以用磁存储、磁硬盘，另外80%冷数据就可以用光盘。

“关于产业化我们计划是5年左右应该有一个可以用的光盘和机器给消费者看。这当然也需要企业界和科研界一起努力。”阮昊说。

上海光机所相关负责人表示，“超级光盘”的诞生，完成了双光束超分辨三维光存储的原理和实验验证，未来实现产业化，还有很长的路要走。我们也期待，能够尽早用上超级光盘，让生活更加便利。

（中国小康网综合新华社、央视新闻、光明网、第一财经、每日经济新闻等）

来源：中国小康网

作者：风华

审核：龚紫陌