“到2025年，全球數(shù)據(jù)存儲耗電量可能相當于全球全年的石油發(fā)電量。按照目前數(shù)據(jù)存儲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，在中國工程院第十四次院士大會全院學術(shù)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(shù)科學與工程院院士。他說，光學存儲技術(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”。
實現(xiàn)單盤PB容量
受限于所謂的光學衍射極限，光存儲現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(xiàn)代光學成像器件及光存儲的基礎，同時也將DVD及藍光技術(shù)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(fā)明的STED超分辨技術(shù)打破了120年來的光學衍射極限。2014年，他因參與開發(fā)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(fā)現(xiàn)衍射極限大約140年后，雙光束超分辨存儲技術(shù)的發(fā)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(xiàn)了藍光技術(shù)。
顧敏帶領團隊開發(fā)的五維光學材料，突破了藍光DVD三維存儲的技術(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)實現(xiàn)了單點最小記錄尺寸9納米, 即實現(xiàn)單盤PB容量。
1PB等于1024TB，實現(xiàn)PB級單盤容量，相當于藍光技術(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級容量需求，一般用電或磁存儲媒質(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。
光存儲的最顯著特性就是綠色節(jié)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(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(shù)據(jù)’需求。”顧敏說，長數(shù)據(jù)就是具有突出的時間背景，能夠捕捉現(xiàn)實世界變化的大量數(shù)據(jù)。這就大量需要存儲速度更快、存儲時間更久的綠色大數(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級光盤存儲;超低能耗;以太陽能為動力，不使用地球上的能源。
