Руководитель лаборатории ФПИ: «вечный диск» можно будет прочесть через 100 тысяч лет

Иван Глебов © Дмитрий Серебряков/ТАСС Иван Глебов © Дмитрий Серебряков/ТАСС

Рос­сий­ские уче­ные по зада­нию Фон­да пер­спек­тив­ных иссле­до­ва­ний (ФПИ) раз­ра­ба­ты­ва­ют «веч­ный диск» для хра­не­ния дан­ных. Устрой­ство из квар­це­во­го стек­ла, кото­ро­му не страш­ны огонь, вода и ради­а­ция, смо­жет хра­нить 1 Тб инфор­ма­ции до 100 тысяч лет, в то вре­мя как совре­мен­ные носи­те­ли в состо­я­нии хра­нить дан­ные — будь то госу­дар­ствен­ные доку­мен­ты или семей­ные фото — в луч­шем слу­чае лет 60. И даже если забыть «веч­ный диск» где-нибудь на Луне на сот­ни тысяч лет, нашед­ший смо­жет посмот­реть запи­сан­ный на него фильм.

О теку­щем состо­я­нии раз­ра­бот­ки и пер­спек­ти­вах ее при­ме­не­ния рас­ска­зал в интер­вью ТАСС Иван Гле­бов — руко­во­ди­тель лабо­ра­то­рии лазер­но­го нано­струк­ту­ри­ро­ва­ния стек­ла Рос­сий­ско­го хими­ко-тех­но­ло­ги­че­ско­го уни­вер­си­те­та им. Д.И. Мен­де­ле­е­ва — одной из лабо­ра­то­рий Фон­да пер­спек­тив­ных иссле­до­ва­ний.

— Что пред­став­ля­ет собой «веч­ная флеш­ка», над кото­рой вы рабо­та­е­те?

— Наи­бо­лее близ­ким опре­де­ле­ни­ем для нашей раз­ра­бот­ки может быть «веч­ный архив­ный диск». Он пред­став­ля­ет собой сверх­ста­биль­ный носи­тель инфор­ма­ции на осно­ве стек­ла, нано­струк­ту­ри­ро­ван­но­го излу­че­ни­ем фем­то­се­кунд­но­го лазе­ра, то есть лазе­ра, гене­ри­ру­ю­ще­го сверх­ко­рот­кие, дли­тель­но­стью в десят­ки или сот­ни фем­то­се­кунд, све­то­вые импуль­сы со сверх­вы­со­кой пико­вой мощ­но­стью. Это офи­ци­аль­ное назва­ние про­ек­та.

Мы созда­ем физи­че­ский носи­тель, кото­рый мог бы сохра­нить запи­сан­ную на него инфор­ма­цию в тече­ние неогра­ни­чен­но дол­го­го по нашим мер­кам вре­ме­ни

Если гово­рить про­стым язы­ком — мы созда­ем физи­че­ский носи­тель, кото­рый мог бы сохра­нить запи­сан­ную на него инфор­ма­цию в тече­ние неогра­ни­чен­но дол­го­го по нашим мер­кам вре­ме­ни. При­чем он дол­жен защи­тить инфор­ма­цию от «чрез­вы­чай­ных про­ис­ше­ствий»: пожа­ров, ради­а­ции, элек­тро­маг­нит­ных волн.

Про­ект состо­ит из трех состав­ля­ю­щих: носи­те­ля, тех­но­ло­гий запи­си и счи­ты­ва­ния дан­ных. «Диск» пред­став­ля­ет собой квар­це­вое стек­ло в виде CD стан­дарт­но­го диа­мет­ра — 12 см, тол­щи­на — 1,2 мм, вес — 300 г. Запись осу­ществ­ля­ет­ся при помо­щи фем­то­се­кунд­но­го лазе­ра, счи­ты­ва­ние — на базе раз­ра­бо­тан­ной нашим соис­пол­ни­те­лем НИИ «Полюс» уста­нов­ки дина­ми­че­ско­го ана­ли­за дву­лу­че­пре­лом­ле­ния. Полу­чен­ная на теку­щий момент ско­ро­сть запи­си — не менее 36 Мбит/с, что экви­ва­лент­но Blu-Ray. Полу­чен­ная ско­ро­сть чте­ния — до 50 Мбит/с.

— Каков прин­цип рабо­ты дис­ка?

— Прин­цип запи­си и счи­ты­ва­ния инфор­ма­ции похож на прин­цип для опти­че­ских дис­ков (CD / DVD / Blue-Ray) — при помо­щи «запи­сы­ва­ю­ще­го» лазе­ра в дис­ке созда­ют­ся хра­ня­щие инфор­ма­цию точ­ки, ана­ло­ги питов в обыч­ных опти­че­ских дис­ках. При помо­щи счи­ты­ва­ю­ще­го устрой­ства дан­ные пере­да­ют­ся на при­ем­ное устрой­ство, обра­ба­ты­ва­ют­ся и посту­па­ют в ком­пью­тер в виде аудио-, видео­фай­лов, гра­фи­че­ских или тек­сто­вых дан­ных.

— Зачем нужен «веч­ный диск», учи­ты­вая широ­кий спек­тр име­ю­щих­ся в мире спо­со­бов хра­не­ния инфор­ма­ции?

— Чело­ве­че­ство хра­нит инфор­ма­цию уже более 10 тысяч лет и на про­тя­же­нии это­го вре­ме­ни созда­ет все новые носи­те­ли инфор­ма­ции: от стен пещер, листов папи­ру­са и кли­но­пис­ных таб­ли­чек до маг­нит­ных и опти­че­ских дис­ков.

Но срок сохран­но­сти дан­ных на совре­мен­ных носи­те­лях ничтож­но мал даже в срав­не­нии с печат­ны­ми кни­га­ми или гли­ня­ны­ми таб­лич­ка­ми. Если совре­мен­ным исто­ри­кам уда­ет­ся извлечь инфор­ма­цию из най­ден­ных руко­пи­сей воз­рас­том более 1000 лет, то исто­ри­кам буду­ще­го извлечь инфор­ма­цию с совре­мен­ных носи­те­лей дан­ных не полу­чит­ся.

Сред­ний срок хра­не­ния инфор­ма­ции на наи­бо­лее попу­ляр­ных носи­те­лях дан­ных — жест­ких дис­ках (HDD / SSD), по заяв­ле­ни­ям про­из­во­ди­те­лей, состав­ля­ет не более 50 лет, на опти­че­ских дис­ках (CD / DVD / Blu-Ray) — не более 60 лет, на лен­точ­ных носи­те­лях (стри­ме­рах), по опти­ми­стич­ным про­гно­зам, инфор­ма­ция может хра­нить­ся до 100 лет. Таким обра­зом, сохран­но­сть инфор­ма­ции, тре­бу­ю­щей архив­но­го хра­не­ния от 100 лет, нахо­дит­ся под угро­зой. Воз­ни­ка­ет необ­хо­ди­мо­сть в регу­ляр­ной пере­за­пи­си и обя­за­тель­ном резерв­ном копи­ро­ва­нии инфор­ма­ции, что, с одной сто­ро­ны, мно­го­крат­но уве­ли­чи­ва­ет сто­и­мо­сть хра­не­ния дан­ных, а с дру­гой — повы­ша­ет веро­ят­но­сть поте­ри части инфор­ма­ции при пере­но­се на новый носи­тель.

— Сколь­ко вре­ме­ни смо­жет хра­нить инфор­ма­цию «веч­ный диск»?

В стан­дарт­ных усло­ви­ях хра­не­ния про­чи­тать инфор­ма­цию с дис­ка с мини­маль­ны­ми ошиб­ка­ми мож­но будет даже через 100 тысяч лет

— Наш про­ект посвя­щен созда­нию носи­те­ля дан­ных, спо­соб­но­го хра­нить инфор­ма­цию более 10 тысяч лет: это доль­ше, чем про­шло с пред­по­ла­га­е­мо­го вре­ме­ни стро­и­тель­ства пира­ми­ды Хео­пса. В стан­дарт­ных усло­ви­ях хра­не­ния про­чи­тать инфор­ма­цию с дис­ка с мини­маль­ны­ми ошиб­ка­ми мож­но будет даже через 100 тысяч лет. Кро­ме того, наш «веч­ный диск» будет спо­со­бен выдер­жать пожар, потоп и даже дли­тель­ный полет в усло­ви­ях кос­ми­че­ской ради­а­ции.

— На каком эта­пе сей­час нахо­дит­ся реа­ли­за­ция про­ек­та?

— Про­ект стар­то­вал в 2015 году и был рас­счи­тан на три года. Наши­ми целя­ми были: раз­ра­бот­ка тех­но­ло­гии запи­си / счи­ты­ва­ния инфор­ма­ции на квар­це­вый диск, под­бор и созда­ние нуж­но­го мате­ри­а­ла носи­те­ля и, глав­ное, под­твер­жде­ние воз­мож­но­сти дости­же­ния целе­вых тех­ни­че­ских пока­за­те­лей. Эти цели сей­час достиг­ну­ты.

Сей­час мы нала­жи­ва­ем кон­так­ты с потен­ци­аль­ны­ми потре­би­те­ля­ми дан­ной тех­но­ло­гии и гото­вим­ся к стар­ту опыт­но-кон­струк­тор­ской рабо­ты в 2018 году.

— Когда мож­но ожи­дать появ­ле­ния «веч­но­го дис­ка» на рын­ке?

— Мы пла­ни­ру­ем запуск пилот­ных про­ек­тов сов­мест­но с Рос­сий­ской книж­ной пала­той, Рос­сий­ской госу­дар­ствен­ной биб­лио­те­кой, неко­то­ры­ми госу­дар­ствен­ны­ми архи­ва­ми уже к 2019 году, а к 2021-му пла­ни­ру­ет­ся запуск опыт­но-про­мыш­лен­но­го про­из­вод­ства для выво­да «веч­но­го дис­ка» на ком­мер­че­ский рынок.

— То есть основ­ны­ми потре­би­те­ля­ми новой тех­но­ло­гии ста­нут воен­ные, гос­струк­ту­ры, архи­вы?

— У нас есть две кон­цеп­ции при­ме­не­ния тех­но­ло­гии. Пер­вая — резерв­ные фон­ды доку­мен­та­ции. Есть хра­ни­ли­ща с резерв­ны­ми копи­я­ми осо­бо цен­ных доку­мен­тов — госу­дар­ствен­ных, куль­тур­ных, науч­ных, инже­нер­ных и т.д. Такие хра­ни­ли­ща, в част­но­сти, есть на объ­ек­тах повы­шен­ной опас­но­сти, напри­мер, хими­че­ских пред­при­я­ти­ях, атом­ных стан­ци­ях. В слу­чае ава­рии, тер­ак­та или вой­ны эти фон­ды поз­во­лят вос­ста­но­вить дан­ные. Сей­час в таких фон­дах инфор­ма­ция хра­нит­ся в виде мик­ро­фо­то­ко­пий печат­ных доку­мен­тов, руко­пис­ных мате­ри­а­лов или циф­ро­вых доку­мен­тов, кото­рые могут погиб­нуть в том же пожа­ре. «Веч­ные дис­ки» помо­гут решить эту про­бле­му.

У нас есть две кон­цеп­ции при­ме­не­ния тех­но­ло­гии. Пер­вая — резерв­ные фон­ды доку­мен­та­ции. Вто­рая — «холод­ное» хра­не­ние дан­ных

Вто­рая кон­цеп­ция — «холод­ное» хра­не­ние дан­ных (data cold storage). Круп­ные IT-кор­по­ра­ции пере­хо­дят на «тем­пе­ра­тур­ное» деле­ние хра­ни­мой инфор­ма­ции: «горя­чие» дан­ные доступ­ны посто­ян­но с высо­кой ско­ро­стью на SSD-носи­те­лях; к «теп­лым» дан­ным обра­ща­ют­ся реже, ско­ро­сть досту­па ниже и могут исполь­зо­вать­ся HDD-носи­те­ли; к «холод­ным» дан­ным обра­ща­ют­ся очень ред­ко, ско­ро­сть здесь мало важ­на, глав­ное — надеж­но­сть и сохран­но­сть и низ­кая сто­и­мо­сть хра­не­ния.

Для «холод­но­го» хра­не­ния дан­ных мно­гие IT-ком­па­нии, напри­мер Facebook, исполь­зу­ют опти­че­ские дис­ки (DVD / Blu-Ray). Это эко­но­мит сто­и­мо­сть хра­не­ния дан­ных, кото­рые могут остать­ся невос­тре­бо­ван­ны­ми, к при­ме­ру мил­ли­о­ны фото­гра­фий без лай­ков, ведь для под­дер­жа­ния архи­ва на опти­че­ских дис­ках не нуж­но тра­тить энер­гию посто­ян­но, их про­сто нуж­но рас­кру­тить в нуж­ный момент. А вот SSD и HDD потреб­ля­ют колос­саль­ное коли­че­ство энер­гии даже в режи­ме ожи­да­ния. «Веч­ные» стек­лян­ные дис­ки могут быть отлич­ным реше­ни­ем для «холод­но­го» хра­не­ния дан­ных — «тон­ны» фото­гра­фий могут хра­нить­ся в «веч­ной инфор­ма­ци­он­ной мерз­ло­те».

Таким обра­зом, глав­ны­ми потре­би­те­ля­ми «веч­ных дис­ков» будут архи­вы, музеи, биб­лио­те­ки, гос­струк­ту­ры, армия, бан­ки, пред­при­я­тия госкор­по­ра­ций, кото­рым нуж­но хра­нить инфор­ма­цию повы­шен­ной важ­но­сти: циф­ро­вые копии госдо­ку­мен­та­ции, отчет­но­сти, биб­лио­теч­ные и музей­ные фон­ды. Так­же «веч­ный диск» будет широ­ко вос­тре­бо­ван IT-ком­па­ни­я­ми, исполь­зу­ю­щи­ми «холод­ное» хра­не­ние дан­ных. Про­гно­зи­ру­ет­ся, что к 2020 году в мире будет накоп­ле­но более 44 млн Тб (44 Зет­та­байт) дан­ных, то есть IT-ком­па­ний — потен­ци­аль­ных потре­би­те­лей нашей раз­ра­бот­ки будет очень мно­го.

 — Будет ли носи­тель досту­пен на широ­ком рын­ке? Сколь­ко будет сто­ить?

— Мы созда­ем тех­но­ло­гию хра­не­ния дан­ных, кото­рую одно­знач­но нуж­но про­да­вать. Уже сей­час, на эта­пе науч­но­го и инже­нер­но­го иссле­до­ва­ния, нам посту­па­ют пред­ло­же­ния о сотруд­ни­че­стве как от госкор­по­ра­ци­ий, так и от част­ных IT-ком­па­ний.

Мы созда­ем тех­но­ло­гию хра­не­ния дан­ных, кото­рую одно­знач­но нуж­но про­да­вать

Сто­и­мо­сть само­го носи­те­ля, как и сто­и­мо­сть устрой­ств запи­си и счи­ты­ва­ния дан­ных, сей­час опре­де­лить слож­но, пото­му что про­ект нахо­дит­ся в ста­дии раз­ра­бот­ки тех­но­ло­гии и про­то­ти­па. С дру­гой сто­ро­ны, цена изго­тов­ле­ния квар­це­во­го стек­ла по срав­не­нию с дру­ги­ми опти­че­ски­ми мате­ри­а­ла­ми в разы ниже, а его про­из­вод­ство нала­же­но на веду­щих сте­коль­ных пред­при­я­ти­ях Рос­сии. То есть сам по себе носи­тель инфор­ма­ции будет срав­ни­тель­но недо­рог в изго­тов­ле­нии и будет про­из­во­дить­ся в РФ. Мож­но пред­по­ло­жить, что сто­и­мо­сть одно­го «дис­ка» будет сораз­мер­на со сто­и­мо­стью совре­мен­но­го съем­но­го жест­ко­го дис­ка.

— Каков объ­ем памя­ти это­го носи­те­ля?

— На теку­щем эта­пе раз­ви­тия тех­но­ло­гии мы достиг­ли объ­е­ма носи­те­ля 25 Гб, что ана­ло­гич­но DVD и Blue-Ray. Одна­ко наши иссле­до­ва­ния пока­зы­ва­ют воз­мож­но­сть уве­ли­чить плот­но­сть запи­си инфор­ма­ции на этом носи­те­ле до 1 Тб, что недо­сти­жи­мо для дру­гих опти­че­ских дис­ков и явля­ет­ся пре­ро­га­ти­вой пере­нос­ных жест­ких дис­ков.

— Мож­но ли будет пере­за­пи­сать инфор­ма­цию на «дис­ке»?

— Тип раз­ра­ба­ты­ва­е­мо­го носи­те­ля — «одно­крат­ная запись, мно­го­крат­ное чте­ние» (WORM — write once read many), то есть он непе­ре­за­пи­сы­ва­е­мый, что осо­бен­но важ­но для ответ­ствен­ных доку­мен­тов. Вы може­те быть уве­ре­ны, что дан­ные ник­то не сотрет, не пере­за­пи­шет и не изме­нит. Циф­ро­вые под­пи­си или сер­ти­фи­ка­ты, исполь­зу­е­мые для под­твер­жде­ния тех или иных доку­мен­тов, так­же будут акту­аль­ны в тече­ние все­го вре­ме­ни исполь­зо­ва­ния носи­те­ля, их не нуж­но будет обнов­лять.

— «Веч­ный диск» смо­жет выдер­жать пожа­ры, пото­пы и ради­а­цию. А в каких усло­ви­ях про­во­ди­лись испы­та­ния?

— Все физи­че­ские огра­ни­че­ния по хра­не­нию инфор­ма­ции обу­слов­ле­ны лишь пре­де­ла­ми проч­но­сти мате­ри­а­ла, из кото­ро­го изго­тов­лен носи­тель. В отли­чие от DVD-, Blu-Ray-дис­ков, кото­рые сде­ла­ны из соеди­нен­ных меж­ду собой сло­ев пла­сти­ка, или менее извест­но­го M-Disc, для кото­ро­го про­из­во­ди­те­ли посту­ли­ру­ют срок хра­не­ния дан­ных до 1 тыся­чи лет, раз­ра­бо­тан­ный нами «веч­ный диск» пред­став­ля­ет собой моно­лит­ный диск из квар­це­во­го стек­ла без каких-либо сло­ев. Инфор­ма­ция в дис­ке запи­са­на на нано­уров­не в струк­ту­ре стек­ла.

«Веч­ный диск» пред­став­ля­ет собой моно­лит­ный диск из квар­це­во­го стек­ла без каких-либо сло­ев. Инфор­ма­ция в дис­ке запи­са­на на нано­уров­не в струк­ту­ре стек­ла

Квар­це­вое стек­ло выдер­жи­ва­ет высо­кую тем­пе­ра­ту­ру, устой­чи­во к агрес­сив­ным хими­че­ским сре­дам, на него не вли­я­ет элек­тро­маг­нит­ное излу­че­ние, кото­рое с лег­ко­стью может выве­сти из строя жест­кие дис­ки. Нами про­во­ди­лись испы­та­ния дис­ков на проч­но­сть, сжа­тие, паде­ние, устой­чи­во­сть к высо­ким тем­пе­ра­ту­рам и рез­кий пере­пад тем­пе­ра­тур, ради­а­ци­он­ную и хими­че­скую стой­ко­сть. Если поста­рать­ся, наш диск мож­но раз­бить, но, во-пер­вых, эта про­бле­ма лег­ко реша­ет­ся про­ти­во­удар­ным кей­сом, во-вто­рых, такие дис­ки не пред­по­ла­га­ет­ся посто­ян­но носить в кар­ма­не — они пред­на­зна­че­ны для ста­ци­о­нар­но­го исполь­зо­ва­ния.

Наш диск может нахо­дить­ся при тем­пе­ра­ту­ре до 1000 гра­ду­сов Цель­сия в тече­ние суток и с него мож­но будет счи­тать инфор­ма­цию. Более того, наши иссле­до­ва­ния пока­за­ли, что даже тер­мо­удар с пере­ме­ще­ни­ем дис­ка из печи с тем­пе­ра­ту­рой 900 гра­ду­сов Цель­сия в холод­ную воду не при­во­дит к дефек­там или зна­чи­тель­ным ошиб­кам при счи­ты­ва­нии инфор­ма­ции. Это свой­ство очень важ­но при туше­нии пожа­ров, посколь­ку вслед­ствие быто­во­го пожа­ра в закры­тых поме­ще­ни­ях физи­че­ски раз­ру­ша­ют­ся все извест­ные носи­те­ли инфор­ма­ции, а дан­ные с них пол­но­стью теря­ют­ся. Это акту­аль­но для архи­вов, име­ю­щих стра­те­ги­че­ское зна­че­ние, госу­дар­ствен­ных и воен­ных учре­жде­ний, где сохран­но­сть инфор­ма­ции явля­ет­ся доми­ни­ру­ю­щей зада­чей.

Что каса­ет­ся ради­а­ци­он­ной стой­ко­сти, то дис­ки выдер­жи­ва­ют нахож­де­ние воз­ле актив­ной части реак­то­ра в тече­ние суток, а хими­че­ская стой­ко­сть стек­ла на несколь­ко поряд­ков выше дис­ков DVD / Blu-Ray. Раз­ра­бо­тан­ный носи­тель инфор­ма­ции мож­но будет отправ­лять в кос­ми­че­ские путе­ше­ствия и быть уве­рен­ным, что дан­ные оста­нут­ся в сохран­но­сти неогра­ни­чен­но боль­шое вре­мя в усло­ви­ях повы­шен­ной ради­а­ции.

Про­ще гово­ря, такой диск может дол­гое вре­мя про­ле­жать на поверх­но­сти Луны, а затем мы смо­жем посмот­реть запи­сан­ный на нем фильм. Дан­ная раз­ра­бот­ка гаран­ти­ру­ет, что вся исто­рия Рос­сии и чело­ве­че­ства будет запи­са­на на дис­ке из стек­ла, мож­но ска­зать, навеч­но и нико­гда не исчез­нет.

— Раз­ра­ба­ты­ва­ют­ся ли за рубе­жом устрой­ства веч­но­го хра­не­ния инфор­ма­ции? Чем они отли­ча­ют­ся от вашей раз­ра­бот­ки?

— Во всем мире сей­час раз­ра­ба­ты­ва­ют­ся раз­лич­ные носи­те­ли дан­ных, кото­рые обес­пе­чи­ли бы дол­го­вре­мен­ное хра­не­ние инфор­ма­ции. Ком­па­ния Microsoft иссле­ду­ет воз­мож­но­сть хра­не­ния инфор­ма­ции в ДНК, их кол­ле­ги, так­же из США, изу­ча­ют про­цес­сы хра­не­ния дан­ных в алма­зе, одна­ко боль­шин­ство суще­ству­ю­щих раз­ра­бо­ток нахо­дят­ся дале­ко от полу­чен­ных в нашем про­ек­те резуль­та­тов.

Схо­жая с нашей раз­ра­бот­ка — запи­сью дан­ных в квар­це­вом стек­ле — выпол­ня­лась в лабо­ра­то­рии ком­па­нии Hitachi. Они обе­ща­ли в 2015 году выпу­стить на рынок гото­вый про­дукт, одна­ко до сих пока­за­ли толь­ко неболь­шой кусо­чек стек­ла с несколь­ки­ми бита­ми дан­ных. И это глав­ное отли­чие под­хо­да Hitachi от нашей тех­но­ло­гии — плот­но­сть запи­си дан­ных. На их носи­те­ле инфор­ма­ция запи­сы­ва­ет­ся в 3D-фор­ма­те, мы же созда­ем мно­го­уров­не­вую (5D) опти­че­скую память, где в каж­дой точ­ке запи­сы­ва­ем не один, а не менее 3 бит инфор­ма­ции.

Бесе­до­вал Дмит­рий Стру­го­вец