“到2025年，全球數(shù)據(jù)存儲(chǔ)耗電量可能相當(dāng)于全球全年的石油發(fā)電量。按照目前數(shù)據(jù)存儲(chǔ)3年耗電翻番的速度，10年后全球石油產(chǎn)能就不夠用了。”30日上午，在中國(guó)工程院第十四次院士大會(huì)全院學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)上，外籍院士顧敏拋出一個(gè)嚴(yán)峻的問題。
光學(xué)專家顧敏是首位華裔澳大利亞科學(xué)院院士、澳大利亞技術(shù)科學(xué)與工程院院士。他說，光學(xué)存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展可以提供解決方案，“未來的大數(shù)據(jù)中心將有更高速度、更大容量，而且是綠色的”。
實(shí)現(xiàn)單盤PB容量
受限于所謂的光學(xué)衍射極限，光存儲(chǔ)現(xiàn)有容量與磁或電存儲(chǔ)相差甚遠(yuǎn)。“1873年，德國(guó)物理學(xué)家恩斯特·阿貝發(fā)現(xiàn)了光場(chǎng)聚焦的最小尺寸約為波長(zhǎng)的一半，約300納米，即衍射極限。該定律奠定了現(xiàn)代光學(xué)成像器件及光存儲(chǔ)的基礎(chǔ)，同時(shí)也將DVD及藍(lán)光技術(shù)的存儲(chǔ)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(fā)明的STED超分辨技術(shù)打破了120年來的光學(xué)衍射極限。2014年，他因參與開發(fā)出超分辨率光學(xué)顯微被授予諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
“而在恩斯特·阿貝發(fā)現(xiàn)衍射極限大約140年后，雙光束超分辨存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)明突破了存儲(chǔ)密度制約。”顧敏解釋，光盤存儲(chǔ)需要在光盤上打出一個(gè)個(gè)“坑”，用光來儲(chǔ)存信息。要想把光吸收的能量最大化，就要在一個(gè)“坑”里盡量放更多“點(diǎn)”，這個(gè)“點(diǎn)”越小越好。藍(lán)光的光點(diǎn)比紅光的光點(diǎn)儲(chǔ)存的信息更小，所以出現(xiàn)了藍(lán)光技術(shù)。
顧敏帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的五維光學(xué)材料，突破了藍(lán)光DVD三維存儲(chǔ)的技術(shù)瓶頸。這種材料由懸浮在玻璃基板上透明塑料板內(nèi)的金納米棒層組成，在材料的同一區(qū)域內(nèi)多種數(shù)據(jù)圖案可在互不干擾的情況下被讀取和刻寫。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了單點(diǎn)最小記錄尺寸9納米, 即實(shí)現(xiàn)單盤PB容量。
1PB等于1024TB，實(shí)現(xiàn)PB級(jí)單盤容量，相當(dāng)于藍(lán)光技術(shù)的40萬倍。
全光光子大數(shù)據(jù)中心值得期待
顧敏介紹，現(xiàn)在的大數(shù)據(jù)中心為滿足PB級(jí)容量需求，一般用電或磁存儲(chǔ)媒質(zhì)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(chǔ)。
光存儲(chǔ)的最顯著特性就是綠色節(jié)能。存儲(chǔ)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(chǔ)光盤單點(diǎn)消耗的能量非常低，能耗可節(jié)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(zhǎng)記錄存儲(chǔ)壽命。
“我們的探索性研究越來越多，比如腦計(jì)劃、SKA望遠(yuǎn)鏡、引力波探測(cè)等，我們將面臨越來越多的‘長(zhǎng)數(shù)據(jù)’需求。”顧敏說，長(zhǎng)數(shù)據(jù)就是具有突出的時(shí)間背景，能夠捕捉現(xiàn)實(shí)世界變化的大量數(shù)據(jù)。這就大量需要存儲(chǔ)速度更快、存儲(chǔ)時(shí)間更久的綠色大數(shù)據(jù)中心。
“全光光子大數(shù)據(jù)中心”是顧敏心中理想的模式——PB級(jí)光盤存儲(chǔ);超低能耗;以太陽能為動(dòng)力，不使用地球上的能源。
