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硬盘又爆满了？“超级光盘”来了，能装下国家图书馆，寿命超过40年！

2024-02-28 19:13

来源：澎湃新闻·澎湃号·政务

全是高清视频、高清图片……

手机又爆满了

硬盘又爆满了

……

随着技术飞速发展，

好品质的电子作品迅速迭代

随之增长的，还有它们的“大小”

从几K到几十G的跃升

迫使人们对数据储存的要求不断攀升

有没有更高效，

容量更大存储介质？

近日，中国科学家在此领域获得突破

研发出存储100个商用硬盘数据！

“超级光盘”有多牛？

何时可以量产？

他们是怎么做到的？

让我们一起了解一下吧

仅2张就能装下国家图书馆？

中国科学院上海光学精密机械研究所与上海理工大学等科研单位合作，利用全球首创的双光束调控聚集诱导发光超分辨光存储技术，造出了一张“全透明”的光盘，单盘等效容量达Pb量级（1Pb=1000Tb），相当于100个商用硬盘。

1Pb有多大？1PB=1024TB。

那么“超级光盘”1.6PB的数据容量就是1638.4TB，而中国国家图书馆的数字资源储存量为2756.77TB，也就是说，仅用2个“超级光盘”就可以将我国国家图书馆的所有数字资源都存进去，而且还有空位。

图源：截自中国国家图书馆官网

怎么做到的？

新材料+新技术：纳米尺度上雕刻数据！

“超级光盘”采用一种名为AIE-DDPR的薄膜材料，这种材料具有高透明度和均匀性，且可以通过飞秒激光束进行光学刺激，实现纳米尺度的聚合和去活化。

光碟厚度只有1.2毫米，却堆叠了100层薄膜介质，还拥有54nm点尺寸、70nm道间距的超高分辨率。而普通光盘的点尺寸接近微米（1000纳米）量级，“超级光盘”可谓是在纳米尺度上雕刻数据。

中国科学院上海光学精密机械研究所研究员阮昊展示Pb量级光盘

据科研人员介绍，此次“超级光盘”研究团队使用的是双光束超分辨激光直写纳米加工技术，就是利用双束光进行超分辨读写。其中一束光作为记录诱导光，另一束特殊调制后的光具有空心光强分布特性，作用于记录介质上时，能够产生“删除”效应，抑制光记录的过程。

研究员解释道，简单来说：光就像一把刻刀，以往，我们刻下去一下就结束了。新技术中，第一次，光刻出来一个区域，第二次的光调制后留下一个很小的空心，照在第一次光的区域上之后，把大部分又还原了，只留下小空心部分，这样做的最终效果，就是刻录的大小变得非常小了。

过程还原：超级光盘采用的是一种名为AIE-DDPR的薄膜材料，通过在光敏树脂中掺杂聚集诱导发光染料得到。首先，使用515纳米波长的飞秒激光束在薄膜上进行聚焦，通过两光子吸收引发聚合反应，形成记录点。然后，使用639纳米波长的连续波激光束进行去活化，以抑制周围区域的聚合，从而实现超分辨率的记录点。

Pb级光盘制备及读写方式示意图。

“超级光盘”可以用在哪儿？

帮数据中心处理“冷数据”。

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。

论文通讯作者、上海光机所研究员阮昊指出，无论是高端科研设备如羲和激光装置，还是国之重器如“中国天眼”，它们所产生的数据量都是惊人的。这些科研数据、财务数据等大多属于访问频率较低的冷数据，占据了数据存储总量的80%。传统的半导体存储虽然速度快，但用于冷数据存储时成本高昂。

光存储技术具有绿色节能、安全可靠、寿命长等优势，非常适合用于“冷数据”的低成本长期存储，过去，由于光衍射极限的限制，让光盘容量最大只局限在数百GB的量级。这张“超级光盘”的面世无疑是打开了一个新的可能。

什么时候可以用上？

这一成果相当于将庞大的数据中心机柜信息压缩至一张光盘之上，预示着数据存储技术的新篇章已经开启。但目前，研究仍在进行。“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。

科普连线：光是如何储存数据的？

光存储是由光盘表面的介质影响的，光盘上有凹凸不平的小坑，光照射到上面有不同的反射，再转化为0、1的数字信号就成了光存储。

作为光储存方式，已有近百年的发展历史。常见的照相术就是最早的光存储技术。无论是胶片感光灵敏度、分辨率、色彩，还是照相仪器，都取得了长足的进步，不仅能拍摄静止景物，还能通过电影、电视将活动图像记录和再现。然而，包括全息照相在内的照相术，都属于模拟光存储范畴，它在存储容量、存储密度及传输速率等方面都受到一定限制。

随着信息社会的发展，特别是激光的出现和计算机的日益普及，数字光储技术开始兴起，数字光盘的诞生成为存储技术的一项重大突破。