光學大數據存儲：更快，更久，更綠色

“到2025年，全球數據存儲耗電量可能相當于全球全年的石油發電量。按照目前數據存儲3年耗電翻番的速度，10年后全球石油產能就不夠用了。”30日上午，在中國工程院第十四次院士大會全院學術報告會上，外籍院士顧敏拋出一個嚴峻的問題。

光學專家顧敏是首位華裔澳大利亞科學院院士、澳大利亞技術科學與工程院院士。他說，光學存儲技術的發展可以提供解決方案，“未來的大數據中心將有更高速度、更大容量，而且是綠色的”。

實現單盤PB容量

受限于所謂的光學衍射極限，光存儲現有容量與磁或電存儲相差甚遠。“1873年，德國物理學家恩斯特·阿貝發現了光場聚焦的最小尺寸約為波長的一半，約300納米，即衍射極限。該定律奠定了現代光學成像器件及光存儲的基礎，同時也將DVD及藍光技術的存儲密度制約在5GB到25GB的物理瓶頸。 顧敏介紹。

1994年，斯特凡·黑爾發明的STED超分辨技術打破了120年來的光學衍射極限。2014年，他因參與開發出超分辨率光學顯微被授予諾貝爾化學獎。

“而在恩斯特·阿貝發現衍射極限大約140年后，雙光束超分辨存儲技術的發明突破了存儲密度制約。”顧敏解釋，光盤存儲需要在光盤上打出一個個“坑”，用光來儲存信息。要想把光吸收的能量最大化，就要在一個“坑”里盡量放更多“點”，這個“點”越小越好。藍光的光點比紅光的光點儲存的信息更小，所以出現了藍光技術。

顧敏帶領團隊開發的五維光學材料，突破了藍光DVD三維存儲的技術瓶頸。這種材料由懸浮在玻璃基板上透明塑料板內的金納米棒層組成，在材料的同一區域內多種數據圖案可在互不干擾的情況下被讀取和刻寫。目前已經實現了單點最小記錄尺寸9納米, 即實現單盤PB容量。

1PB等于1024TB，實現PB級單盤容量，相當于藍光技術的40萬倍。

全光光子大數據中心值得期待

顧敏介紹，現在的大數據中心為滿足PB級容量需求，一般用電或磁存儲媒質組成龐大的陣列，不僅占地大，還高能耗、高碳排放，而且一般只有三五年壽命，就需要重新存儲。

光存儲的最顯著特性就是綠色節能。存儲容量一旦突破，就解決了顧敏一開始提到的能源問題。“這種全新光子存儲光盤單點消耗的能量非常低，能耗可節省1000倍。”而令顧敏更得意的是，這種光盤擁有超過500年的超長記錄存儲壽命。

“我們的探索性研究越來越多，比如腦計劃、SKA望遠鏡、引力波探測等，我們將面臨越來越多的‘長數據’需求。”顧敏說，長數據就是具有突出的時間背景，能夠捕捉現實世界變化的大量數據。這就大量需要存儲速度更快、存儲時間更久的綠色大數據中心。

“全光光子大數據中心”是顧敏心中理想的模式——PB級光盤存儲；超低能耗；以太陽能為動力，不使用地球上的能源。（記者 楊雪）