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Microsoft Research ha estado trabajando en Project Silica, un dispositivo de almacenamiento similar al vidrio de una sola escritura que puede acumular terabytes de datos durante 10.000 abriles, durante más de cinco abriles, sin hacer ninguna promesa sobre su comercialización ni revelar información técnica detallada. Esta semana, la empresa finalmente detalló sus medios y flujos de trabajo de un extremo a otro en Naturalezalo que pretende confirmar que el tesina aún está en avance, pero sin hacer ninguna promesa sobre la comercialización.
La principal preocupación en torno al Tesina Silica es que Microsoft Research ahora está trabajando en dos direcciones diferentes que se basan en dos mecanismos físicos fundamentalmente diferentes, lo que significa que mínimo está sagaz para el horario de máxima audiencia todavía.
Dos métodos de escritura diferentes
El primer método aprovecha la decisión de almacenamiento diferente de escritura única y recital múltiple (WORM) de Project Silica y se friso en medio de sílice fundida y pulsos láser de femtosegundos para crear puntos de datos microscópicos (vóxeles) apilados en cientos de capas. El método renovado se friso en un enfoque de pseudopulso único en el que cada pulso láser se divide en componentes de semilla y de datos: el pulso de semilla inicia un nanoespacio y el ulterior pulso lo alarga para producir el resultado final. vóxel birrefringente estado. Se codifican ocho niveles de polarización por vóxel.
Este método permite un paso de vóxel de 0,500 µm × 0,485 µm, un espacioso de capa de 6 µm y 301 capas. Así, el medio alcanza 1,59 Gbit/mm³, lo que se traduce en 4,84 TB de capacidad servible en un plato de vidrio de 120 mm × 120 mm × 2 mm posteriormente de la sobrecarga. Desde el punto de presencia del rendimiento, estamos hablando de 25,6 Mbit/s por haz y 10,1 nJ por bit de eficiencia energética.
El segundo método introduce vóxeles de gradouna nueva primitiva de almacenamiento que modifica el índice de refracción del vidrio para crear cambios de grado en la luz transmitida. Un vóxel de grado contiene cuatro niveles de modulación de amplitud y requiere solo un pulso de femtosegundo para modificar su grado. Más importante aún, se pueden inventar de forma fiable en vidrio de borosilicato, el mismo material que se utiliza en los utensilios de cocina y en las puertas de los hornos.
Con un paso de 0,5 µm × 0,7 µm, un espacioso entre capas de 7 µm y 258 capas, la densidad alcanza los 0,678 Gbit/mm³, lo que significa 2,02 TB por plato con cuatro niveles de modulación con un cifra de calidad de 0,92. El rendimiento por haz es de 18,4 Mbit/s y la eficiencia energética es de 8,85 nJ por bit. Adicionalmente, al dividir el haz en cuatro canales modulados independientemente, los investigadores demostraron 65,9 Mbit/s sin inducir daño térmico, y creen que 16 o más haces deberían ser factibles.
Dos métodos de recuperación diferentes
Como hay dos tipos diferentes de vóxeles, Silica utiliza dos métodos de recuperación óptica distintos, cada uno de los cuales corresponde a la naturaleza física del vóxel almacenado.
Para vóxeles birrefringentes En sílice fundida, el sistema se friso en microscopía de campo amplio resuelta por polarización. Las nanoestructuras escritas cambian la luz de forma dependiente de la dirección (anisotrópicamente), por lo que para interpretar los datos, el sistema irradia luz polarizada circularmente a través del vidrio y captura imágenes en tres estados de detección diferentes, espaciados 120° en la esfera de Poincaré. Utilizando estas tres vistas, el disertador puede distinguir de guisa confiable los ocho niveles de orientación de azimut almacenados en cada vóxel. El sistema utiliza un objetivo de 0,6 NA con corrección de perversión esférica para sustentar una buena resolución mientras se lee profundamente en el cristal y captura un plano focal por capa.
Para vóxeles de grado en vidrio de borosilicato, la recuperación se realiza utilizando un microscopio de contraste de fases Zernike personalizado. Estos vóxeles almacenan datos como pequeños cambios en el índice de refracción, que crean cambios de grado en la luz transmitida. Para leerlos, el microscopio utiliza un anillo de grado interiormente del objetivo para convertir los pequeños cambios de grado en diferencias de brillo visibles.
A diferencia del enfoque birrefringente, este método tiene una sección óptica más débil, por lo que las señales de las capas vecinas pueden interferir más fácilmente, lo que necesita mitigación. Para mitigar, el disertador captura dos imágenes por capa: una en la posición de veterano contraste y otra tenuemente más enfocada, donde la señal del vóxel se invierte (inversión de contraste). La comparación de estas dos imágenes reduce la diafonía axial y prosperidad la capacidad de distinguir entre los cuatro niveles de amplitud escritos por vóxel.
Uno y otro métodos de recuperación se basan en imágenes de campo amplio con una cámara CMOS (Hamamatsu ORCA Flash4 v3.0, 2048 × 2048 píxeles) y posicionamiento automatizado de pistas. Una vez capturadas las imágenes, el sistema recupera los datos en cuatro pasos principales. Primero, limpia y alinea las imágenes. A continuación, una red neuronal convolucional analiza cada vóxel y estima qué símbolo se escribió. Luego, esos símbolos se vuelven a convertir en bits y, finalmente, una etapa de corrección de errores LDPC reconstruye los datos originales del agraciado.
En emplazamiento de observar nada más la tasa de error de bits (BER) o la tasa de error de símbolos (SER), los investigadores utilizan poco que llaman “cifra de calidad”, que mide cuánta exceso se necesita para recuperar de guisa confiable todos los datos. Entonces, en emplazamiento de simplemente preguntar “¿cuántos errores hay?”, preguntan “¿cuánta corrección se requiere para respaldar una recuperación completa?” Este es un enfoque común para la investigación, ya que representa una forma más ejercicio de determinar la confiabilidad de los archivos. Sin bloqueo, para un sistema de almacenamiento comercial, se necesita un mecanismo de corrección sólido.
Pruebas de duración validadas
Para validar la confiabilidad, el equipo de investigación de Microsoft no se detuvo en demostraciones a escalera de laboratorio, sino que sometió a Silica a ciclos repetidos de escritura y recital en múltiples muestras de vidrio durante varios meses.
Los investigadores escribieron el mismo conjunto de datos en tres platos de vidrio diferentes y luego leyeron los datos un total de 37 veces, cada vez utilizando la corrección de errores LDPC para reconstruirlos por completo. Los resultados fueron notablemente consistentes: la variación en el cifra de calidad fue extremadamente pequeña (solo 0,00230 entre el 50% medio de las lecturas), lo que se traduce en aproximadamente una diferencia del 0,25% en la densidad media, un buen resultado para una tecnología que se encuentra en grado de investigación. Dicho esto, el desempeño fue estable y repetible, no una jugada afortunada única.
Para obtener resistor, los investigadores realizaron experimentos de envejecimiento acelerado recociendo muestras de vóxeles de grado a 440°C, 460°C, 480°C y 500°C en un horno controlado. Mientras se calentaban las muestras, midieron cómo la señal de difracción se debilitaba gradualmente con el tiempo. A partir de esta desintegración, calcularon una energía de activación de 3,28 eV, que es relativamente adhesión y que significa que las modificaciones del índice de refracción son térmicamente estables. El modelado de Arrhenius proyecta una vida útil de los medios superior a los 10.000 abriles a temperatura condición, lo que es consistente con la retención de datos a escalera milenaria prometida.
Diferentes direcciones, cero promesas
La publicación en Nature demuestra una vez más que Microsoft Research puede obtener una densidad de almacenamiento formidable utilizando medios de vidrio y una confiabilidad sin precedentes. Sin bloqueo, no parece que Microsoft esté verdaderamente cerca de comercializar la tecnología.
Aún no se ha tomado la principal valentía de diseño para los futuros sistemas de sílice: implementar vóxeles birrefringentes o de grado. Los vóxeles birrefringentes ofrecen veterano densidad y veterano rendimiento (sin dejar de ser órdenes de magnitud más lentos que los HDD), pero requieren sílice fundida de adhesión pureza para formar nanoestructuras anisotrópicas estables. Los vóxeles de grado, demostrados en vidrio de borosilicato, son más flexibles en términos de materiales y simplifican la pila de hardware, pero a costa de una pequeño densidad de almacenamiento y un rendimiento aún pequeño. Uno y otro enfoques operan a la velocidad máxima de repetición del láser de 10 MHz, por lo que ningún está inherentemente escaso en el rendimiento a nivel de pulso.
Buenas noticiario, la hoja de ruta para medrar es clara. Aumentar la transigencia numérica del objetivo de escritura de 0,6 a 0,85 podría ceñir aproximadamente a la centro la energía de escritura y ceñir el pandeo de vóxel aproximadamente 4 veces, suponiendo una escalera NA. Las composiciones de vidrio de veterano rendimiento con umbrales de modificación más bajos podrían mejorar la calidad y la eficiencia del vóxel, mientras que los láseres de femtosegundos de 50 MHz disponibles comercialmente combinados con multiplexación de haces múltiples podrían aumentar el rendimiento 20 veces en el mejor de los casos, lo que equiparará la tecnología con los discos duros en términos de rendimiento. El rendimiento de recital dependerá principalmente de la velocidad de la cámara y de la óptica de gran campo de visión, y no se consideró un cifra de costo importante.
A escalera del sistema, una implementación en la aglomeración utilizaría bibliotecas de vidrio robóticas para automatizar el manejo de medios, lo que, adyacente con la confiabilidad y la duración, convierte a Silica en una tecnología viable de almacenamiento de archivos a holgado plazo. La pregunta principal es cuándo estará registro esta tecnología.
