Компания Huawei разрабатывает инновационную технологию магнитоэлектрических дисков для архивирования данных с кодовым названием OceanStor Arctic. Впервые об этой разработке производитель упомянул в ходе международной выставки электроники MWC 2024. Отмечается, что новая технология хранения данных позволит на 20 % снизить общую стоимость подключения по сравнению с магнитными лентами и на 90 % снизить энергопотребление по сравнению с жёсткими дисками.

Источник изображения: Huawei

По словам Huawei, магнитоэлектрический диск (MED) представляет собой инновационную разработку в области магнитных носителей. Первое поколение MED будет предлагаться в виде дисков большой ёмкости. Общая ёмкость серверной стойки на базе таких дисков составит более 10 Пбайт. При этом её потребляемая мощность будет ниже 2 кВт. Первое поколение дисков MED будет предназначено для архивного хранения данных. Такие диски должны появиться в продаже примерно в первой половине 2025 года.

Портал Tom’s Hardware в качестве сравнения приводит типичную серверную стойку формата 42U, которая может вмещать до 288 жёстких дисков, общим объёмом до 8,64 Пбайт, если в расчёт берутся, например, новейшие жёсткие диски Seagate с технологией магнитной записи с подогревом (HAMR) объёмом по 30 Тбайт каждый. Общее энергопотребление такой стойки составит около 2,88 кВт.

Как пишет Block and Files, MED — это совершенно новая технология. Тот факт, что Huawei использует при её упоминании термин диск, а не накопитель, может говорить о том, что носитель MED, скорее всего, содержит вращающийся внутренний элемент (или элементы), а также головку (головки) для чтения и записи. Huawei пока не вдаётся в детали своей разработки, поэтому размеры накопителя неизвестны. Совсем необязательно, что он будет выполнен в привычном формфакторе 3,5 дюйма, в котором выпускаются актуальные модели жёстких дисков от Seagate, Toshiba и Western Digital.

Также отмечается, что в основе технологии MED лежит магнитоэлектрический эффект, создающий связь между магнитными и электрическими свойствами материала. Как это будет применяться в случае с вращающимися дисками — неизвестно.

Китайские учёные обещают воплотить в жизнь то, над чем десятилетиями бились японские разработчики. Японцы перестали бороться за оптические носители после выпуска четырёхслойных дисков Blu-ray объёмом 128 Гбайт. Опытные разработки далеко преодолевали этот рубеж, но они так и не вышли из лабораторий. Перспективные китайские оптические диски тоже пока находятся на стадии экспериментов, но они уже на старте совершили невероятный прорыв.

Источник изображения: www.scmp.com

Как сообщается в свежей статье в журнале Nature, перспективный китайский оптический диск совпадает по размерам с обычными дисками DVD как по толщине (что важно!), так и по диаметру. В то же время он имеет по 100 записывающих слоёв на каждую сторону. Слои отделены друг от друга прозрачным слоем толщиной всего 1 мкм. В 100-слойном диске разработки Hitachi, например, было всего по 50 слоёв на сторону с разнесением записывающих слоёв на 60 мкм. Можно только подивиться, чего смогли добиться китайские учёные.

На одном диске, разработанном китайскими учёными, можно записать 1,6 петабит (200 Тбайт) информации. Это почти на порядок больше, чем способны вместить современные жёсткие диски. Таким образом, даже небольшая стопка таких дисков сможет вместить информацию целого центра обработки данных.

Как и Hitachi, учёные из Шанхайского университета науки и технологий, Пекинского университета, а также Шанхайского института оптики и точной механики и Ключевой лаборатории фотохимии Китайской академии наук использовали для записи фемтосекундный лазер. Однако перед ними стояла намного более трудная задача, чтобы данные записывались в намного большем объёме диска.

В аннотации к статье в Nature, в частности, сказано: «Мы разработали оптический носитель записи на основе фоторезистивной плёнки, легированной эмиссионным красителем, индуцирующим агрегацию, который можно оптически стимулировать фемтосекундными лазерными лучами. Эта плёнка обладает высокой прозрачностью и однородностью, а явление эмиссии, индуцируемой агрегацией, обеспечивает механизм хранения».

Источник изображения: Nature 2024

Проще говоря, благодаря комбинации молекул в фоторезистивной плёнке, реагирующей на свет, происходит фиксация красителя под воздействием импульсов лазера. Технология пока не готова к коммерческой эксплуатации и нуждается в доработке как с точки зрения увеличения скоростей записи/чтения, так и с позиций разработки устройств для записи и чтения. Однако китайские диски имеют большой потенциал в сфере архивирования данных: учёные заявляют, что они смогут прослужить от 50 до 100 лет, и при этом они потребляют энергию только при записи и чтении, но не в простое.

До сих пор ни один подобный проект не дошёл до стадии рыночных изделий. Однако мир нуждается в подобных сверхъёмких и экономных носителях данных. Искусственный интеллект обещает породить такой поток информации, с которым мы до сих пор не сталкивались, а потребление ЦОД уже отбирает из национальных энергосетей единицы процентов электрогенерации. Дальше жить с этим станет ещё сложнее и лучше не доводить до крайностей.

Исследователи из Городского университета Нью-Йорка (CUNY) подтвердили возможность сверхплотной записи данных в дефектах алмазов. В крошечном пространстве можно записать много уровней информации, подобно записи в многоуровневую ячейку флеш-памяти. Один квадратный дюйм такого носителя может содержать 25 Гбайт данных, как большой многослойный диск Blu-Ray, а надёжность хранения окажется невообразимой.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Существует множество вариантов дефектов в кристаллах. Это устойчивые нарушения в кристаллической решётке, с которыми можно сделать много чего интересного. Например, использовать в качестве квантовых битов или в качестве ячеек для хранения данных. Другой вопрос — как туда записывать информацию и как потом считывать? Увы, практическая реализация обычно не поспевает за передовыми идеями.

Учёные из CUNY испытали способ записи данных в виде изменения зарядов атомов в дефекте алмаза. Более того, один и тот же атом можно записать (зарядить) до разных уровней, если «посветить» на него разными длинами волн — светом разного цвета. Как следует из проделанной работы, сдвиг может быть очень и очень маленьким — значительно меньше дифракционного разрешения, что даст высочайшую плотность записи вплоть до работы с одиночными атомами.

На экспериментальной установке учёные смогли добиться плотности записи в 25 Гбайт на квадратный дюйм. Они изменяли энергетические состояния атомов в азото-замещённых вакансиях в алмазе. «Это как зажечь маленькие цветные лампочки внутри кристалла», — популярно объясняют процесс исследователи. Для более серьёзного читателя данные об исследовании опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Уточним, эксперимент поставлен в условиях криогенного охлаждения. Данные записывались и перезаписывались при низких затратах энергии на эти операции. Для практического применения эта технология должна претерпеть критические изменения, что, возможно, произойдёт в ближайшем или не очень будущем.

Парижский стартап Biomemory выпустил устройство, которое позволяет владельцам хранить до 1 Кбайт данных в синтетической ДНК. Устройство выполнено в формате банковской карты и стоит $1000. Заявленный срок хранения информации составляет 150 лет. Данные кодируются и расшифровываются в специализированной лаборатории, первоначальный процесс преобразования 1 Кбайт данных или 1024 символа занимает около восьми часов. Biomemory ожидает первых заказов уже в январе 2024 года.

Источник изображений: Biomemory

Принцип работы устройства основан на преобразовании цифровой информации из двоичного кода в нуклеотиды, составляющие ДНК — аденин (А), цитозин (С), гуанин (G) и тимин (Т), которые затем могут быть расшифрованы компанией, когда владелец захочет получить доступ к своим данным. Представленное ДНК-хранилище гораздо менее энергозатратно, чем существующие системы хранения данных, к тому же Biomemory заявляет, что её карта ДНК подходит для вторичной переработки, а процесс её производства полностью основан на биологических источниках.

«Хотя хранение одного килобайта данных в виде кода ДНК может показаться скромным по сравнению с традиционными методами хранения, оно представляет собой значительный прорыв в технологии хранения ДНК», — считает генеральный директор Biomemory Эрфане Арвани (Erfane Arwani). По его словам, компания планирует продлить гарантию целостности данных до 1000, а затем до 10 000 лет, одновременно стремясь увеличить ёмкость устройства для хранения более крупных файлов, таких как фотографии, документы и мультимедиа.

Хранение цифровых данных в ДНК не является новой концепцией, и ряд других компаний работают над тем, чтобы сделать это решение долгосрочного хранения жизнеспособным. В 2022 году компания Catalog Technologies закодировала в ДНК 200 000 слов из восьми трагедий Шекспира и сделала первый шаг в вычислении ДНК, продемонстрировав способность искать ключевые термины запроса в данных. Другой стартап по хранению ДНК — Iridia — планирует предложить услуги для хранения архивов и «холодных данных» в 2026 году.

Существуют и другие подходы к долгосрочному хранению данных, в том числе система Microsoft Project Silica, которая в настоящее время может хранить 7 Тбайт в течение 10 000 лет на стеклянной пластине. Стартап Cerabyte рассчитывает использовать керамику с лазерной гравировкой, чтобы обеспечить сохранность данные в течение тысяч лет.

Молодая немецкая компания Cerabyte показала рабочий прототип системы хранения данных на стекле с керамическим напылением, а также продемонстрировала процесс записи информации. На каждую пластинку со сторонами несколько сантиметров можно будет записать до 100 Пбайт. Это может стать более надёжной и экономичной альтернативой ленточным и оптическим библиотекам, поскольку стекло и керамика не боятся огня, воды, радиации, магнитных полей и других воздействий.

Источник изображений: Cerabyte

Анонс системы записи на стекло со слоем из керамики состоялся в сентябре этого года. Теперь компания показала работу этой системы. На видео видно, как происходит извлечение стеклянной пластинки из картриджа, помещение её на площадку для записи и чтения, а также процесс записи.

Запись происходит в два прохода. Фемтосекундный лазер за один проход наносит строку информации, а за обратный проход специальная камера считывает записанное и, тем самым, верифицирует запись. В случае чтения камера работает в обоих направлениях, что делает эту операцию в два раза быстрее записи.

В дальнейшем записанная пластинка хранится в картридже в роботизированной библиотеке и при этом хранение не требует энергии. Пластинки записаны раз и навсегда и не нуждаются в специальных процедурах для поддержки сохранности данных, что, например, требуется для ленточных накопителей.

Керамический слой на стеклянных пластинках Cerabyte имеет толщину от 50 до 100 атомов. Керамика наносится на обе поверхности пластинки. Во время записи лазер прожигает отверстия с слое, кодируя данные в двоичном коде (есть отверстия или их нет). Формат записи данных — это обычные QR-коды, что делает решение совместимым с обычными файловыми системами и операционными средами, а также программами. Но каждая группа кодов настолько маленькая, что обычным глазом её не рассмотреть.

Каждое проделанное лазером отверстие в керамике шириной 100 нм. В перспективе разработчики обещают уменьшить его до 3 нм, что потребует использовать для чтения нечто посложнее обычных камер. Например, электронную микроскопию. Со временем это не составит труда, если идея Cerabyte найдёт поддержку среди промышленников. Пока компания только ищет желающих внедрить её разработку в жизнь.

Сообщается, что фонд Arch Mission Foundation готовит к отправке на Луну уникальный носитель для хранения в течение миллиардов лет данных о Земле и земной цивилизации. Подобные архивы планируется разбросать по другим небесным телам Солнечной системы, чтобы в далёком будущем люди смогли прикоснуться к истории планеты и людей, если по каким-то причинам на самой Земле эти данные будут утеряны.

Источник изображения: Pixabay

Следует сказать, что это не первая попытка фонда сохранить память о людях и Земле. Ранняя версия архива в виде 5-слойного диска была отправлена в космос в бардачке автомобиля Tesla Roadster, который компания Илона Маска запустила в качестве доказательства способности доставлять полезную нагрузку на орбиту Марса. Второй архив в виде 25-слойного носителя был отправлен на Луну в израильском спускаемом аппарате Beresheet, но тот разбился при посадке.

Очередной накопитель фонда также должен был быть доставлен на лунную поверхность, что планировалось совершить на спускаемом аппарате Peregrine Mission One компании Astrobotic. Однако компания затянула с изготовлением аппарата, а потом произошёл взрыв на ракете-носителе Vulcan Centaur компании United Launch Alliance (UAL), которая готовит его запуск. Тем самым начало миссии задержалось больше чем на год, но возможно, состоится в ноябре этого года.

Носитель Arch Mission Foundation представляет собой 120-мм 4-граммовый диск в специальном картридже. Четыре верхних слоя содержат инструкцию в текстовом и графическом виде, как самому собрать DVD-проигрыватель. Это примерно 60 тыс. страниц, доступных для чтения с оптическим увеличением от 100 до 200 крат. Эта информация поможет читателю извлечь и интерпретировать данные, записанные на остальных 21 слоях уже как на DVD-диске.

Содержание первых слоёв также включает в себя учебник, состоящий из тысяч страниц, на которых раскрываются значения более миллиона слов и понятий на многих языках. Кроме того, в него входят коллекции знаний по многим предметным областям, например, набор жизненно важных статей из «Википедии».

25-слойный носитель Arch Mission Foundation

Каждый слой DVD-диска содержит свыше 100 Гбайт сжатых цифровых данных или более 200 Гбайт в распакованном виде. В набор для архива включены англоязычная «Википедия», книжная библиотека Project Gutenberg, интернет-архив, информация о почти 7000 языках мира с полным набором данных PanLex и многое другое.

Особняком стоят данные об известном фокуснике-иллюзионисте Дэвиде Копперфильде (David Copperfield). Он является одним из спонсоров проекта и позаботился, чтобы о нём было как можно больше данных в архиве, включая описание всех его знаменитых фокусов.

Наличие производительной видеокарты и ЦП необходимо для обеспечения комфортного игрового процесса. Однако крупные релизы этого года указывают на то, что SSD-накопитель большой ёмкости является не менее важным компонентом, о наличии которого следует позаботиться геймерам.

Источник изображения: 11333328 / Pixabay

Ярким примером такой необходимости является недавно выпущенная Star Wars Jedi: Survivor, которая занимает около 130 Гбайт дискового пространства. Тенденция к росту объёма игр стала раздражать не только пользователей, у которых медленное интернет-соединение, но и людей, имеющих ограниченный объём пространства для хранения.

Недавний опрос в Steam показал, что чуть менее половины пользователей сервиса располагают более 1 Тбайт дискового пространства. При этом 23,18 % пользователей сервиса работают с накопителями ёмкостью от 250 Гбайт до 499 Гбайт, а 16,62 % пользователей — от 750 Гбайт до 999 Гбайт. Также отмечается, что у большинства участников упомянутого опроса есть лишь от 100 до 249 Гбайт свободного места. Это означает, что пользователям из второй группы придётся удалить большую часть данных, чтобы установить некоторые из крупных релизов года. Помимо Star Wars Jedi: Survivor, к таким играм относятся Forspoken (120 Гбайт), Redfall (100 Гбайт), The Last of Us Part 1 (100 Гбайт) и Atomic Heart (90 Гбайт).

Игры уже давно поглощают значительную часть дискового пространства, имеющегося в распоряжении рядовых пользователей. Рекордсменом в этом плане является Call of Duty: Modern Warfare (более 200 Гбайт), для взаимодействия с которой геймеры нередко покупали отдельный накопитель SSD. В этот список также входят Borderlands: 3 The Director's Cut (135 Гбайт), Red Dead Redemption 2 (120 Гбайт), Final Fantasy XV (110 Гбайт) и др.

По данным Steam, в среднем пользователи сервиса в США загружают игры со скоростью 12 Мбайт в секунду. Это означает, что для скачивания игры размером 150 Гбайт потребуется 3 часа 28 минут. Загружать такие объёмы данных также весьма проблематично для пользователей с тарифами, предполагающими ограничения по трафику. Тем не менее, покупка вместительного SSD-накопителя выглядит не менее важной, чем приобретение производительной видеокарты.

Природа придумала поразительное по плотности хранения данных решение — ДНК. Всю информацию из интернета, включая бесконечные фотографии котиков, можно записать на ДНК в объёме коробки для котика средних размеров. Учёные давно пытаются повторить этот трюк и у них даже есть успехи.

Источник изображения: Pixabay

Используя для кодирования данных на ДНК только четыре природных азотистых основания в объёме коробки для обуви можно записать 215 Пбайт данных. Но если синтезировать искусственные азотистые основания и довести их до 11 базовых кодов, то объём хранимых в «коробке» данных можно удвоить! При должном подходе эта информация может храниться миллионы лет в отличие от данных на жёстких дисках и SSD. Когда-нибудь это произойдёт, но пока исследователи решают ряд связанных с записью на ДНК проблем, в частности, это проблема разрушения данных при многократном обращении к ним и, как следствие, нарастание ошибок и потеря данных.

В новой статье в журнале Nature группа исследователей предложила интересную методику защиты и маркировки информационного ДНК-носителя, которая защищает носитель от разрушения в процессе чтения, а также облегчает сортировку ДНК-файлов и ведёт к созданию роботизированных библиотек.

Сегодня в базовом процессе работы с записанной на ДНК информацией всё происходит следующим образом: в «суп» из ДНК-носителей подаётся затравка — праймер — которая запускает реакцию ПЦР (полимеразная цепная реакция) с реплицированием нужного «файла». Каждый «файл» — это записанная нить ДНК, помеченная определённым образом, и праймер цепляется к ней и запускает процесс тиражирования. Современным инструментам по расшифровке ДНК нужны миллионы одинаковых последовательностей, чтобы надёжно расшифровать один «файл». Каждое такое «чтение» вносит ошибки и, в конечном итоге, разрушает информацию. Наконец, становится трудно работать с несколькими «файлами» одновременно.

Чтобы избежать всего этого учёные придумали заключать файл-ДНК в полимерную капсулу, но не просто так, а только при нагреве до температуры выше 50 °C. Процесс ПЦР запускается при меньшей температуре, затем при нагреве исходный «файл» прячется в капсулу и дальше всё идёт без него. Это позволяет защитить исходные данные в процессе чтения (реплицирования), а также даёт возможность присвоить каждому «файлу» свою метку — в данном случае это флюоресценция разных оттенков.

Свечение даёт возможность роботизировать каталогизацию и последующий отбор файлов — это путь к созданию библиотек. Для чтения реплицированных ДНК систему достаточно остудить и выделить из неё всё, что воспроизвелось в процессе ПЦР. Исходный ДНК-носитель в таком случае остаётся незатронутым в процесс ПЦР и не вносит в свою структуру ошибки, а цветовая метка, по которой его можно сортировать, остаётся при нём.

Микрокапсулы с ДНК, помеченные флюоресцирующими метками, под микроскопом. Источник изображения: Tom de Greef

По словам исследователей, предложенная методика позволяет считывать до 25 файлов одновременно, и теряет только 0,3 % файла после трёх считываний, а не 35 %, как при использовании существующих методов.

«Теперь остается только ждать, когда стоимость синтеза ДНК снизится еще больше, — сказал Том де Гриф (Tom de Greef), ведущий автор исследования. — Тогда техника будет готова к применению».

Стало известно, что компания Silicon Motion работает над совершенно новым контроллером для твердотельных накопителей с интерфейсом PCIe 5.0, ориентированных на потребительский рынок. На это указывает дорожная карта производителя, согласно которой массовое производство контроллеров для потребительских SSD с новейшим интерфейсом должно начаться позднее в этом году.

Источник изображений: wccftech.com

Согласно имеющимся данным, у Silicon Motion есть два контроллера для SSD с интерфейсом PCIe 5.0, предназначенных для потребительского рынка, и два, ориентированных на корпоративный сегмент. Для корпоративных накопителей предназначены контроллеры MonTitan SM8366 и MonTitan SM8308, анонсированные в прошлом году. Что касается потребительского сегмента, то здесь будут использоваться контроллеры SM2508 и SM2504XT, выпуск которых запланирован на этот год.

Контроллер SM2508 будет изготавливаться по техпроцессу 12 нм и соответствовать стандарту NVMe 2.0 с поддержкой восьми каналов, кеш-памяти DDR4-3200, функции коррекции ошибок на основе LDPC-кодов и защиты данных E2E. Первые инженерные образцы SM2508 были изготовлены в январе этого года, а серийное производство накопителей с этим контроллером начнётся в конце первого квартала 2023 года.

Контроллер SM2504XT имеет схожие характеристики, но он изготавливается по 7-нанометровому техпроцессу, поддерживает четыре канала и кеш-память DDR4-3600. В отличие от высокопроизводительных накопителей, которые поступят в продажу раньше, потребительские SSD с контроллером SM2504XT появятся только во второй половине 2023 года.

Отметим, что в настоящее время единственным доступным на рынке SSD с интерфейсом PCIe 5.0 является модель от CFD Gaming, которая продаётся только в Японии. Ни один крупный производитель твердотельных накопителей пока не представил оснащённые новейшим интерфейсом решения, ориентированные на потребительский рынок.

Японский энтузиаст @momomo_us в числе первых заполучил и протестировал твердотельный накопитель с поддержкой PCIe Gen5. Речь идёт о накопителе компании CFD Gaming, который стал одним из первых потребительских NVMe SSD с поддержкой новейшего интерфейса.

Источник изображений: momomo_us / Twitter

Хотя материнские платы с PCIe Gen5 появились в продаже более года назад, производители твердотельных накопителей не спешили выпускать совместимые устройства. В накопителе CFD Gaming ёмкостью 2 Тбайт для охлаждения используется кулер. Во время тестов он работал на очень высоких скоростях, издавая много шума.

Энтузиаст отметил, что кулер твердотельного накопителя шумит значительно сильнее, чем штатный кулер Intel для процессора Core i7-13700K, который также использовался в ходе тестирования. Вероятно, это связано с тем, что в процессе тестирования накопитель активно использовался и избежать перегрева без активного охлаждения было бы невозможно. Вероятно, при выполнении повседневных задач накопитель будет работать тише, но при перемещении большого количества данных пользователям следует ожидать значительного повышения шума.

Тестирование в CrystalDiskMark подтвердило способность накопителя обеспечить последовательное чтение и запись данных на скорости 10 Гбайт/с, как и было заявлено производителем. Отметим, что этот показатель скорости чтения и записи актуален только для накопителя на 2 Тбайт. Модели накопителей PCIe Gen5 от CFD меньшей ёмкости поддерживают скорость чтения и записи до 9,5 Гбайт/с, что также выглядит весьма впечатляюще.

Что касается стоимости, то твердотельный накопитель CFD на 2 Тбайт с поддержкой PCIe Gen5 стоит в Японии около $385.

Стало известно, что компания Western Digital получила целый ряд патентов, которые предполагают совмещение конструкций и механизмов жёстких дисков и ленточных накопителей. Речь идёт о встраиваемых ленточных накопителях ( LTO), в которых могут размещаться компоненты жёстких дисков. Подобные накопители могут занять промежуточное место между ёмкими, но очень медленными лентами и куда более быстрыми, но не столь вместительными жёсткими дисками.

Иллюстрация из патента WD, на которой виден подвес магнитных головок по типу HDD (130). Источник изображения: WD

Источник сообщает о трёх самых важных патентах: 11393498 (узел головки с системой подвеса для встроенного накопителя на ленте), 20200258544 (ленточный встраиваемый привод) и 11081132 (ленточный встраиваемый привод с компонентами жесткого диска). Судя по описанию, речь идёт о переносе в кассеты с лентами узлов для чтения и записи, заимствованных у жёстких дисков. Фактически WD рассчитывает уйти от ленточных накопителей и библиотек на их основе, превратив каждую ленту в накопитель в формфакторе жёсткого диска.

Безусловно, это сделает дороже запись на ленте. Однако общая стоимость хранения данных на лентах будет ниже, чем на жёстких дисках в том же формфакторе. Стоимость хранения попадёт в диапазон от $4 за Тбайт на ленте до $20 за Тбайт на жёстком диске корпоративного класса. Скорость доступа к данным на ленте продолжит страдать, хотя использование флеш-памяти может сгладить эту проблему. Зато унифицированный подход позволит устанавливать встраиваемые ленточные накопители в существующие решения для масштабирования дисковых подсистем и будут очень просто решать проблему нехватки ёмкости.

Другой вопрос, как отнесутся к этой инициативе компании, которые курируют стандарт LTO? Стратегия таких компаний, главными из которых являются IBM, HPE и Quantum, предполагает наличие дорогих приводов и целых комплексов библиотек и дешёвых лент. Компании Western Digital придётся приложить значительные усилия, если она пожелает воплотить свою разработку в жизнь. Возможно, ей поможет растущий спрос на ленты, где найдётся место также для новых предложений. А если этого не случится, у WD есть «запасной аэродром» — хранение данных на ДНК, хотя это уже другая история.

Ведущий разработчик систем хранения информации на базе ДНК — компания Catalog Technologies — сообщил об «историческом прорыве». Компания показала возможность быстрого параллельного поиска по данным, зашифрованным в ДНК. Работа с ДНК не отличается скоростью, но Catalog смогла найти возможность ускорить эти процессы. В перспективе это обещает привести к появлению беспрецедентных по плотности записи носителей информации, в миллионы раз лучше современных аналогов.

Источник изображения: Depositphotos

Компания Catalog разрабатывает систему записи и считывания данных на ДНК из синтетических нуклеотидов. В природе биологическая информация записывается всего четырьмя нуклеотидами. Если себя этим не ограничивать, то можно в два, три и даже больше раз увеличить «разрядность» кодирования данных, а это, прежде всего, рост плотности записи. Таким образом, в одном грамме раствора из ДНК можно хранить до 200 Пбайт информации, с чем современные методы записи совершенно не сравнятся.

В Catalog провели эксперимент, в котором показали способность записывать относительно большой массив данных в ДНК и проводить в нём поиск по ключевым словам. Так, большой отрывок из Шекспировского «Гамлета» размером в 17 тыс. слов был записан в ДНК на опытной установке компании. Никакой предварительной обработке данные не подвергались, включая индексацию. На запись и поиск по ключевым словам ушли считанные минуты, о чём раньше даже не мечтали. Система нашла все вхождения искомого слова.

Установка для кодирования информации в синтетической ДНК. Источник изображения: Catalog Technologies

Поскольку химические процессы, в результате которых происходят реакции с ДНК, по своей сути параллельны, то нет разницы, какой по объёму массив данных будет обрабатываться: 17 тыс., 170 тыс. или 17 млн. В новом году, например, компания обещает запустить поиск на массиве из более 100 млн зашифрованных в ДНК слов. Подобные возможности, помимо многократного увеличения плотности записи, обеспечат потребности нейросетей и ИИ при обработке больших массивов информации.

Сегодня установка Catalog Shannon не отличается компактностью — размерами она как «кухня для обычной семьи». Поиск тоже не блещет скоростью: 17 тыс. слов в среднем по 5 символов каждое — это всего лишь 472 байт/с. Но это только начало. Придёт время, когда записывать данные на ДНК и считывать их будут маленькие чипы. Вместе с компанией Catalog это время приближает её партнёр — компания Seagate. Но это уже другая история.

Небольшая Калифорнийская компания продолжает зарабатывать на 3,5-дюймовых дискетах. Она не выпускает эту продукцию, а скупает не использованные и бывшие в употреблении дискеты по всем штатам. После проверки и восстановления этикеток дискеты возвращаются в продажу. Они по-прежнему востребованы для обслуживания ряда обрабатывающих станков, швейных машин и самолётов.

Источник изображения: Reuters

Компания Floppydisk.com продаёт около 500 дискет в день. По мнению владельца компании, 3,5-дюймовые дискеты имеют ряд преимуществ по сравнению с современными носителями цифровой информации. По крайней мере, их труднее взломать, уверен продавец. Это наверняка так с учётом того, что доступ к информации на дискетах затруднён по массе причин, начиная с той, что они хранятся в столе или в сейфе и заканчивая банальным отсутствием удалённого доступа к приводам Floppy Disk. По аналогичным причинам, а также по принципу «не трогай технику и она не подведёт», Пентагон только три года назад начал отказываться от использования 8-дюймовых дискет в системах управления ядерным арсеналом США.

Источник изображения: Robert Gauthier/Getty Images

Кстати, на складах Floppydisk.com также есть запас 8-дюймовых дискет, если в таковых вдруг возникнет спрос.

«Дискеты очень надежны, очень стабильны, это очень хорошо понятный способ передачи информации в машину и из машины, — говорит владелец компании. — Кроме того, у них есть дополнительная особенность — они не очень поддаются взлому».

Впрочем, наиболее активно 3,5-дюймовые дискеты продолжают использовать в Японии. До недавнего времени ряд столичных банков в Токио, а также государственные учреждения принимали информацию едва ли не исключительно на дискетах. Постановление прекратить приём данных на дискетах и CD-дисках в Японии вышло только летом этого года, но эту машину так просто не остановить. Судя по всему, в Японии ещё не один год финансовую и статистическую информацию будут передавать на дискетах.

В компании Seagate увидели перспективу в записи данных в ДНК. Ожидается, что запись информации в комбинации молекул аминокислот в миллион раз увеличит плотность хранения данных. Может пройти не так уж много времени, и вместо жёстких дисков или SSD в компьютерах появятся «биологические» накопители невообразимой ёмкости.

Источник изображения: Depositphotos

Разработкой систем записи данных на ДНК компания Seagate будет заниматься с разработчиком оригинальной технологии — с компанией Catalog Technologies. Последняя предлагает записывать данные в синтетически созданных ДНК, а не в «живых» последовательностях. И в этом есть смысл, ведь для кодирования данных таким способом можно использовать не четыре аминокислоты биологического происхождения, а намного больше химических соединений, что сразу умножает плотность записи.

По словам разработчиков, синтетические ДНК могут хранить свыше 200 Пбайт в одном грамме. Это в миллион раз больше, чем позволяют современные SSD. Также намного дольше срок «биологической» сохранности данных — до 1000 лет и больше. Пока остаются трудности с записью информации в ДНК. Установка Catalog Shannon, к примеру, имеет размеры «кухни средней семьи». Впрочем, мы это уже проходили с ЭВМ размером с комнату и жёсткими дисками размером со шкаф. Рано или поздно компания Catalog или её конкуренты создадут «лабораторию на чипе» для работы с ДНК на уровне микрочипов.

Интересно добавить, что Catalog Technologies смотрит шире простой записи данных. Компания также разрабатывает технологии вычислений с помощью ДНК. Это не новое видение. Учёные давно экспериментируют с ДНК в качестве основы для выполнения запрограммированных алгоритмов. Раз уж аминокислоты могут собираться по заданной природой или учёными программе, то почему бы им не собираться для получения некоего результата вычислений?

Компания Seagate как специалист по наращиванию плотности записи сможет применить свои знания для исследований в микромире ДНК. В конечном итоге для Seagate важно снижать стоимость хранения данных и делать такие системы проще.

Немецкие учёные из Университета Галле-Виттенберга (MLU) сообщили об открытии эффекта записи данных в электрической форме на сверхтонких полимерных плёнках из такого давно известного материала, как фторопласт-2 (Ф-2). Этот материал широко используется в промышленности, он недорог в производстве и экологически безопасен. Возможность записывать данные на фторопластовую плёнку была открыта совершенно случайно.

Источник изображения: Pixabay

В общем случае речь идёт о поливинилиденфториде (ПВДФ), известном в РФ как фторопласт-2. Это полимер, широко используемый в промышленности для производства уплотнений, мембран и упаковочных пленок. В то же время ПВДФ является ферроэлектрическим материалом, что подразумевает пространственное разделение положительных и отрицательных зарядов в материале. Теоретически эти свойства можно использовать для записи данных, но этому мешает то, что кристаллическая структура ПВДФ не является хорошо упорядоченной — это полукристаллический полимер. Так просто заряды в нём упорядочить нельзя.

Команда исследователей случайно обнаружила, что для установления определенного электрического порядка в материале можно использовать атомно-силовую микроскопию. Изначально это сканирование образца материала с помощью наконечника размером всего несколько нанометров. Если этот наконечник использовать не для анализа структуры материала, а просто надавить на материал в нужных точках, то в этих местах возникают упругие деформации с электрическим зарядом. И эти заряды могут храниться в неизменном виде без поддержания извне годами!

«Давление упруго сжимает материал в нужной точке без смещения молекул, из которых он состоит, — объясняют авторы работы. — Электрическая поляризация материала, то есть его электрическая ориентация, разворачивается в направлении давления. Таким образом, поляризацию можно контролировать и менять на наноуровне. Созданные таким образом электрические домены чрезвычайно стабильны и сохранились через четыре года после первоначального эксперимента».

Учёные пока не представляют, как распорядиться открытием. Вероятно, работы в новом направлении будут продолжены и расширены.