تصور کنید هزاران سال بعد، زمانی که شهرهای امروزی ما تنها به ویرانههایی در دل خاک تبدیل شدهاند، باستانشناسان آینده به دنبال ردی از دانش و فرهنگ ما میگردند. در آن زمان، نه هارد دیسکهای مغناطیسیِ زنگزده اعتباری دارند و نه هاردهای اساسدی (SSD) که نیمعمرشان به سختی به چند دهه میرسد. ما در حال حاضر در دورانی زندگی میکنیم که متخصصان آن را «عصر تاریک دیجیتال» مینامند؛ یعنی برههای که در آن بیشترین حجم اطلاعات تاریخ تولید میشود اما هیچ تضمینی برای بقای آنها در سدههای بعدی وجود ندارد.
با این حال، دانشمندان در «پروژه سیلیس» (Project Silica) مایکروسافت، به دنبال راهکاری هستند که از دلِ فیزیکِ نور و جادویِ لیزر بیرون میآید. آنها موفق شدهاند با تکنولوژی ذخیرهسازی داده روی شیشه، تراشههایی بسازند که ترابایتها داده را برای ۱۰,۰۰۰ سال در دل خود حفظ میکنند.
در این مقاله ساختار شیشههای بوروسیلیکات را بررسی میکنیم؛ جایی که پالسهای نوری فوقسریع، الفبای تمدن ما را بر پیکرهای شفاف حک میکنند تا از گزند زمان و فرسایش در امان بماند.
۱- بحران بقا و تولد دوباره لوحهای سنگی دیجیتال
دانش ما از تمدنهای باستانی مثل سومر و مصر، مدیون پایداریِ فیزیکیِ سنگ و سفال است. اما پارادوکسِ دنیای مدرن اینجاست که هرچه فرمتهای ذخیرهسازی پیشرفتهتر شدهاند، طول عمر فیزیکی آنها کاهش یافته است. نوارهای مغناطیسی (LTO) که امروزه ستون فقرات آرشیوهای دنیا را تشکیل میدهند، تنها بین ۱۰ تا ۳۰ سال عمر میکنند و پس از آن، دادهها باید به رسانههای جدید منتقل شوند؛ فرآیندی پرهزینه و مخاطرهآمیز که هر لحظه احتمال از دست رفتن اطلاعات در آن وجود دارد. تکنولوژی ذخیرهسازی داده روی شیشه در واقع بازگشتی به مفهومِ «ماندگاری فیزیکی» است اما با دقتِ نانومتری.
پروژه سیلیس مایکروسافت با هدف حل این بحران ایجاد شده است. آنها به دنبال مادهای بودند که مقاوم باشد؛ یعنی بتوان آن را روی قفسه گذاشت و برای قرنها فراموش کرد، بدون اینکه نگران دما، رطوبت یا تداخلات الکترومغناطیسی بود. شیشههای بوروسیلیکات (borosilicate) که ما آنها را در آشپزخانهها با نام پیرِکس میشناسیم، کاندیدای اصلی این ماموریت شدند. این شیشهها نه تنها در برابر شوکهای حرارتی مقاوماند، بلکه ساختار مولکولی آنها اجازه میدهد تا تغییراتِ ایجاده شده توسط لیزر، بدون تغییر تا هزاران سال باقی بمانند.
“
یک نکته کنجکاویبرانگیز:
بسیاری از متخصصان معتقدند اگر یک فاجعه جهانی رخ دهد، دادههای موجود بر روی ابرها (Cloud) در کمتر از یک دهه به دلیل قطع برق و خرابی سختافزار از بین میروند؛ در حالی که شیشه تنها مادهای است که میتواند بدون هیچگونه مصرف انرژی، دانش بشری را به نسلهای بعدی منتقل کند.
در طول هشت سال گذشته، تیمی چندرشتهای از مهندسان و دانشمندان نوری با سازمانهایی نظیر آرشیوهای ملی و موزهها مشورت کردهاند تا استانداردی برای این نوع ذخیرهسازی تدوین کنند. برای این سازمانها، بزرگترین دشمن «زوالِ رسانه» (Media Decay) است. ذخیرهسازی داده روی شیشه راهکاری ارائه میدهد که در آن هیچ قطعه متحرکی وجود ندارد و فرآیند خواندن اطلاعات، هیچگونه اصطکاک یا تخریب فیزیکی به همراه نمیآورد. این رویکرد، پایداریِ حافظه را از سطحِ نرمافزاری به سطحِ اتمی و ساختاری منتقل کرده است.
۲- کالبدشکافی تکنولوژی؛ پالسهای فمتوثانیه و ابعادِ پنهانِ نور
قلب تپنده این فناوری، لیزر فمتوثانیه (femtosecond laser) است. برای درک سرعت این لیزر، باید بدانید که یک فمتوثانیه، یک میلیونیم از یک میلیاردیم ثانیه است. این پالسهای نوری به قدری کوتاه و قدرتمند هستند که میتوانند ساختار داخلی شیشه را در ابعاد نانومتری تغییر دهند، بدون اینکه به سطح بیرونی آن آسیبی برسانند یا باعث ترک خوردن شیشه شوند. این فرآیند با آنچه در رایت کردن سیدیهای قدیمی میدیدیم متفاوت است. در سیدی، لیزر تنها لایهای نازک را میسوزاند، اما در تراشههای سیلیس، لیزر درونِ حجمِ شیشه نفوذ کرده و حفرههایی میکروسکوپی به نام واکسل (voxel) ایجاد میکند.
نوآوری مایکروسافت در اینجا به اوج میرسد: آنها از ویژگی «تغییر فازِ نور» برای کدگذاری استفاده میکنند. هر واکسل فازی (phase voxel) میتواند اطلاعات را نه فقط در سه بُعدِ فضایی، بلکه در بُعد چهارمی که مربوط به جهتگیری و فاز نوری است، ذخیره کند. این یعنی در هر نقطه کوچک از شیشه، حجم بسیار بیشتری از داده نسبت به حافظههای نوری معمولی جای میگیرد. این تراشههای ۲ میلیمتری توانایی ذخیره ۴.۸ ترابایت (terabytes) داده را دارند؛ حجمی که برای جای دادن کلکسیونی از هزاران فیلم با کیفیت فوقعالی (UHD) کافی است.
نکته فنی و جالب اینجاست که محققان دریافتند استفاده از چهار بُعد برای کدگذاری، بسیار بهینهتر از سیستمهای پنجبُعدی قبلی است. این تصمیم نه تنها باعث افزایش چگالیِ دادهها شد، بلکه سرعتِ رایت کردن و بازخوانی اطلاعات توسط الگوریتمهای هوش مصنوعی را نیز به شدت بهبود بخشید. در واقع، بازخوانی اطلاعات در این سیستم توسط میکروسکوپهای کامپیوتری انجام میشود که تصاویر مقطعی از لایههای شیشه میگیرند و سپس هوش مصنوعی، الگوهای نوری را به صفر و یکهای دیجیتال تبدیل میکند.
۳- بوروسیلیکات؛ مادهای از آشپزخانه تا اعماق تاریخ
انتخاب شیشه بوروسیلیکات برای ذخیرهسازی داده روی شیشه یک تصادف ساده نبود. این ماده که به دلیل ضریب انبساط حرارتی بسیار پایینش شهرت دارد، میتواند نوسانات شدید دما را بدون تغییر ساختار تحمل کند. در آزمایشهای انجام شده، این تراشهها در کوره پخته شدهاند، در آب جوش غوطه خوردهاند و حتی با سیمظرفشویی خراش داده شدهاند، اما دادههای حک شده در لایههای میانی آنها کاملاً سالم باقی ماندهاند. این سطح از مقاومت فیزیکی، شیشه را به امنترین پناهگاه برای دادههای «سرد» (Cold Data) تبدیل میکند.
دادههای سرد به اطلاعاتی گفته میشود که به ندرت مورد دسترسی قرار میگیرند اما نگهداری آنها حیاتی است؛ مثل پروندههای پزشکی، اسناد حقوقی یا کدهای منبعِ نرمافزارهای زیرساختی. ریچارد بلک (Richard Black) توضیح میدهد که هدف آنها ایجاد رسانهای بود که در برابر حملات سایبری نیز ایمن باشد. از آنجا که دادهها به صورت فیزیکی درون ساختار شیشه تغییر یافتهاند، هیچ هکر یا بدافزاری نمیتواند اطلاعاتِ حکشده را بازنویسی یا پاک کند. این یک آرشیوِ «فقطخواندنی» (Read-Only) واقعی است که تغییرناپذیری آن در سطح فیزیک ماده تضمین شده است.
علاوه بر پایداری، بحث محیطزیست نیز مطرح است. مراکز داده امروزی حجم عظیمی از برق را صرف خنک نگهداشتنِ هاردهای مغناطیسی میکنند. ذخیرهسازی داده روی شیشه نیاز به خنکسازی را به صفر میرساند. این تراشهها در دمای اتاق و بدون هیچگونه تهویه خاصی پایدار هستند. این یعنی کاهش چشمگیرِ ردپای کربنی (Carbon Footprint) در صنعت ذخیرهسازی اطلاعات، که یکی از بزرگترین چالشهای قرن حاضر برای شرکتهای بزرگ فناوری محسوب میشود.
۴- زمینههای علمی؛ چرا حافظه شیشهای زودتر ابداع نشد؟
شاید این سوال پیش بیاید که اگر شیشه اینقدر کارآمد است، چرا زودتر به سراغ آن نرفتیم؟ پاسخ در تکامل تکنولوژی لیزر و هوش مصنوعی نهفته است. حک کردن دادهها در ابعاد نانو نیاز به لیزرهایی داشت که پالسهایی با طولِ زمانیِ فوقکوتاه ایجاد کنند تا گرمای اضافی باعث ذوب شدن شیشه نشود. این تکنولوژی تا همین چند سال پیش بسیار گرانقیمت و در انحصار آزمایشگاههای فیزیک هستهای بود. از سوی دیگر، خواندنِ دادههای حک شده در عمق شیشه، به دلیل انکسار نور، چالش بزرگی بود که تنها با ظهور الگوریتمهای پیشرفته «یادگیری ماشین» (Machine Learning) حل شد.
در گذشته، تلاشهایی برای استفاده از کریستالها به عنوان حافظه انجام شده بود، اما شیشه بوروسیلیکات به دلیل قیمت ارزان و قابلیت تولید انبوه، گزینه منطقیتری بود. محققانی مثل پیتر کازانِسکی سالها بر روی تئوریهای نوری کار کردند تا بفهمند چگونه میتوان بدون ایجاد تنشِ پسماند (residual stress) در شیشه، اطلاعات را لایهبندی کرد. پروژه سیلیس در واقع نقطه تلاقیِ دههها پژوهش در اپتیک غیرخطی و پیشرفتهای اخیر در سختافزارهای پردازش تصویر است. اکنون ما در نقطهای هستیم که چالشهای علمیِ مسیر برطرف شده و تنها چالشهای مهندسی برای تجاریسازی و افزایش سرعت لیزرها باقی مانده است.
۵- معماری واکسلها؛ مهندسی نانو در مقیاس مولکولی
برای درک عظمت ذخیرهسازی داده روی شیشه، باید از مقیاسهای انسانی فاصله بگیریم و به دنیای نانومتر سفر کنیم. واکسلهایی که مایکروسافت در تراشههای سیلیس ایجاد میکند، در واقع تغییراتی در ساختار بلوری شیشه هستند که باعث پدیده «دوشکستی» (Birefringence) میشوند. وقتی نور از میان این نقاط عبور میکند، پلاریزاسیون یا جهتگیری آن تغییر مییابد. این تغییرات فیزیکی دقیقاً همان چیزی است که دادهها را کدگذاری میکند. برخلاف هارد دیسکها که دادهها را روی سطح ذخیره میکنند، در اینجا ما با یک حجم (Volume) سر و کار داریم. محققان توانستهاند صدها لایه از این واکسلها را با فاصلهای کمتر از ضخامت یک تار مو روی هم قرار دهند، بدون اینکه لایهها با یکدیگر تداخل داشته باشند.
این چیدمان لایهای، تراکم داده را به شکلی تصاعدی افزایش میدهد. در متون علمی، این روش را ذخیرهسازی پنجبُعدی نیز مینامند؛ چرا که علاوه بر سه مختصات مکانی (X, Y, Z)، دو ویژگی نوری یعنی شدت تاخیر فازی و زاویه محور نوری نیز برای ذخیره بیتها به کار گرفته میشوند. با این حال، همانطور که در بخش قبل اشاره شد، نسخه نوین پروژه سیلیس بر روی چهار بُعد متمرکز شده تا پایداری و سرعت بازخوانی را در اولویت قرار دهد. این رویکرد به ویژه در مواجهه با خطاهای احتمالی در زمان خواندن (Read Errors) بسیار مقاومتر عمل میکند و بار پردازشی هوش مصنوعی را کاهش میدهد.
“
شاید نشنیده باشید:
دقت لیزر فمتوثانیه در این فرآیند به قدری بالاست که اگر بخواهیم آن را با مقیاسهای بزرگ مقایسه کنیم، مانند این است که بخواهید با یک خودکار از فاصله ۱۰ کیلومتری، یک نقطه دقیق روی نوک یک سوزن بگذارید، بدون اینکه سوزن تکان بخورد.
یکی از بزرگترین چالشها در این سطح از مهندسی، مدیریت انکسار نور (Refraction) در هنگام خواندن لایههای عمیقتر است. شیشه به طور طبیعی نور را خم میکند و هرچه لایههای بیشتری داشته باشیم، تصویربرداری از لایههای زیرین دشوارتر میشود. تیم مایکروسافت برای حل این مسئله از تکنولوژی «اپتیک تطبیقی» (Adaptive Optics) استفاده کرده است؛ سیستمی که مشابه آن در تلسکوپهای فضایی برای حذف لرزشهای اتمسفر به کار میرود. این سیستم، انحرافات نوری ناشی از عبور از لایههای شیشه را در لحظه اصلاح میکند تا تصویری شفاف از واکسلها به دست آید.
۶- مقایسه تمدنی؛ شیشه در برابر ذخیرهسازی دیاِناِی (DNA Storage)
در دنیای ذخیرهسازی دادههای فوقطولانی، رقیب اصلی شیشه، تکنولوژی ذخیرهسازی بر پایه دیاِناِی است. اگرچه DNA پتانسیل ذخیرهسازی حجم بسیار بیشتری از داده را در فضایی بسیار کوچکتر دارد، اما ذخیرهسازی داده روی شیشه از چند جنبه کلیدی برتری دارد. نخست، بحث پایداری محیطی است؛ DNA برای ماندگاری نیاز به شرایط آزمایشگاهی خاص و دمای بسیار پایین دارد، در حالی که شیشه در دمای معمولی اتاق و حتی در محیطهای خشن کاملاً پایدار است. دومین مورد، سرعت بازخوانی اطلاعات است؛ فرآیند توالییابی (Sequencing) دیاِناِی هنوز بسیار زمانبر و گرانقیمت است، اما خواندن اطلاعات از روی شیشه با سرعت نور و توسط سنسورهای تصویری انجام میشود.
از منظر هزینههای اقتصادی، شیشه بوروسیلیکات به مراتب ارزانتر از سنتز زنجیرههای زیستی است. ما درباره مادهای صحبت میکنیم که به وفور در طبیعت یافت میشود و فرآیند بازیافت آن نیز کاملاً شناخته شده است. در حالی که ذخیرهسازی زیستی هنوز در مراحل اولیه تحقیقاتی قرار دارد، پروژه سیلیس به مرحلهای رسیده است که میتواند با زیرساختهای فعلی مراکز داده (Data Centers) ادغام شود. این یعنی ما با یک فناوری کاربردی روبرو هستیم که میتواند در دهه آینده به استاندارد طلایی آرشیوهای جهانی تبدیل شود.
علاوه بر این، طول عمر ۱۰,۰۰۰ ساله شیشه یک عدد تخمینی بر اساس مدلهای فرسایش نیست، بلکه بر پایه تستهای تسریعشده حرارتی (Accelerated Aging Tests) به دست آمده است. در این آزمایشها، شیشه تحت شرایطی قرار گرفته که معادل هزاران سال فرسایش طبیعی است و هیچ نشانهای از «نشت داده» یا جابجایی اتمی در واکسلها دیده نشده است. این سطح از اطمینان در هیچ رسانه ذخیرهسازی دیگری، از هاردهای مغناطیسی گرفته تا دیسکهای نوری با لایههای طلا، وجود ندارد.
۷- از آزمایشگاه تا صنعت؛ چالش بازخوانی سریع
یکی از انتقاداتی که همواره به سیستمهای ذخیرهسازی سرد وارد میشود، سرعت پایین دسترسی به اطلاعات است. در سیستم ذخیرهسازی داده روی شیشه، فرآیند نوشتن به دلیل ماهیت لیزری آن زمانبر است، اما تیم مایکروسافت تمرکز اصلی خود را بر روی سرعت بخشیدن به فرآیند «خواندن» گذاشته است. آنها سیستمی ابداع کردهاند که در آن تراشه شیشهای بر روی یک پلتفرم متحرک با سرعت بالا حرکت میکند و یک میکروسکوپ نوری به صورت مداوم از لایهها عکسبرداری میکند. این تصاویر سپس به یک واحد پردازش گرافیکی (GPU) ارسال میشوند تا الگوها شناسایی شوند.
برای بهینهسازی این فرآیند، از شبکههای عصبی عمیق (Deep Neural Networks) استفاده میشود. این هوش مصنوعی آموزش دیده است تا حتی اگر تصویر به دلیل خراشهای سطحی روی شیشه یا آلودگیهای احتمالی کمی تار باشد، باز هم بتواند دادههای اصلی را با دقت ۱۰۰ درصد بازسازی کند. این رویکرد «نرمافزار-محور» باعث شده است که نیاز به سختافزارهای خواندنِ بسیار گرانقیمت کاهش یابد و سیستم انعطافپذیری بیشتری پیدا کند. در واقع، شیشه یک رسانه آنالوگ است که دادههای دیجیتال را در خود نگه میدارد و پل ارتباطی میان این دو، هوش مصنوعی است.
در محیطهای صنعتی، این تراشهها قرار است در کتابخانههای رباتیک عظیم نگهداری شوند. وقتی کاربری درخواستی برای یک فایل قدیمی ثبت میکند، بازوهای رباتیک تراشه مربوطه را از قفسه برداشته و در دستگاه خواننده قرار میدهند. از آنجا که شیشه آسیبناپذیر است، این جابجاییهای مکانیکی هیچ خطری برای دادهها ندارد. این دقیقاً همان چیزی است که آرشیوهای بزرگ ملی برای حفاظت از میراث فرهنگی و اسناد تاریخی خود به آن نیاز دارند.
۸- حاشیههای خواندنی؛ شیشهای که به فضا رفت!
پیش از اینکه مایکروسافت پروژه سیلیس را به سطح فعلی برساند، مفاهیم اولیه این تکنولوژی در پروژههایی نمادین آزمایش شدند. یکی از جالبترینِ این موارد، ارسال نسخهای از مجموعه کتابهای «بنیاد» (Foundation) اثر ایزاک آسیموف به فضا بود. این کتابها که داستانی درباره حفظ دانش بشری در طول سقوط امپراتوریهای کهکشانی هستند، بر روی یک دیسک شیشهای کوچک حک شدند و توسط خودروی تسلا رودسترِ ایلان ماسک به مدار خورشید فرستاده شدند. این حرکت نمادین نشان داد که شیشه میتواند حتی در برابر تابشهای کیهانی و شرایط خلاء نیز دوام بیاورد.
همچنین، در همکاری با کمپانی «وارنر بروز» (Warner Bros)، فیلم کلاسیک «سوپرمن» (۱۹۷۸) به عنوان اولین نمونه سینمایی بر روی شیشه ذخیره شد. مدیران این شرکت نگران بودند که نسخههای اصلی فیلمهایشان که بر روی نگاتیوهای سلولوئید یا هاردهای دیجیتال نگهداری میشوند، در اثر زمان از بین بروند. موفقیت این آزمایش نشان داد که ذخیرهسازی داده روی شیشه نه تنها یک بحث آکادمیک، بلکه یک ضرورت تجاری برای حفظ صنایع خلاق است. این شیشهها اکنون به عنوان «گاوصندوقهای نوری» شناخته میشوند که میتوانند فرهنگ بصری قرن بیستم و بیست و یکم را برای آیندگان قرن صد و بیستم حفظ کنند!
۹- امنیت در برابر تهدیدات سایبری و فیزیکی؛ دژ نفوذناپذیر شیشهای
در دنیایی که حملات باجافزاری (Ransomware) و تخریبهای عمدیِ دادهها توسط بازیگران دولتی به یک تهدید روزمره تبدیل شده است، ذخیرهسازی داده روی شیشه یک مزیت امنیتیِ بینظیر ارائه میدهد: «تغییرناپذیریِ فیزیکی». برخلاف حافظههای قابل بازنویسی، زمانی که لیزر فمتوثانیه ساختار داخلی شیشه را تغییر میدهد، این فرآیند بازگشتناپذیر است. هیچ نرمافزار یا دسترسی از راه دوری نمیتواند اتمهای داخل شیشه را به حالت اول برگرداند یا دادهها را بازنویسی کند. این ویژگی، تراشههای سیلیس را به بهترین گزینه برای نگهداری از «نسخههای طلایی» (Golden Copies) اسناد حساس تبدیل میکند که باید در برابر هرگونه تحریف مصون بمانند.
علاوه بر امنیت سایبری، مقاومت در برابر پدیدههای طبیعی مخرب نیز خیرهکننده است. پدیدههایی مانند طوفانهای خورشیدی یا انفجارهای الکترومغناطیسی (EMP) که میتوانند در یک لحظه تمام حافظههای مغناطیسی و نیمههادی روی زمین را پاک کنند، هیچ تاثیری بر واکسلهای حک شده در شیشه ندارند. شیشه به طور طبیعی عایق است و اطلاعات در آن به صورت فیزیکی-نوری ذخیره شدهاند، نه به صورت بارهای الکتریکی یا جهتگیریهای مغناطیسی. این یعنی حتی در بدترین سناریوهای فاجعهبار جهانی، دانش ذخیره شده بر روی این پلتفرم همچنان قابل بازیابی خواهد بود.
۱۰- تحلیل اقتصادی؛ چرا شیشه ارزانتر از ابر تمام میشود؟
اگرچه هزینه اولیه تجهیزات لیزری برای نوشتن داده روی شیشه بالاست، اما در بازه زمانی طولانی، این روش بسیار مقرونبهصرفهتر از سرویسهای ذخیرهسازی ابری سنتی است. در مراکز داده معمولی، شما نه تنها برای فضای ذخیرهسازی، بلکه برای برقِ مصرفیِ دائم، سیستمهای خنککننده پیشرفته و جایگزینیِ دورهای سختافزارها هزینه پرداخت میکنید. ذخیرهسازی داده روی شیشه هزینههای عملیاتی را به شدت کاهش میدهد. وقتی دادهای روی شیشه نوشته شد، هزینه نگهداری آن تقریباً به صفر میرسد؛ زیرا شیشه به هیچ انرژی یا مراقبت فعالی نیاز ندارد.
برای سازمانهایی که با حجم پتابایتی (Petabyte) داده سر و کار دارند، حذف فرآیند «مهاجرت داده» (Data Migration) به تنهایی میلیاردها دلار صرفهجویی به همراه دارد. در حال حاضر، شرکتها مجبورند هر چند سال یک بار تمام دادههای خود را از هاردهای قدیمی به هاردهای جدید منتقل کنند تا از نابودی آنها جلوگیری کنند. در دنیای سیلیس، یک بار رایت کردن برای ۱۰,۰۰۰ سال کافی است. این مدل اقتصادیِ «بنویس و فراموش کن»، پارادایم آرشیو دیجیتال را از یک هزینه جاری و همیشگی به یک سرمایهگذاریِ یکباره و پایدار تبدیل میکند.
“
دانستنی نایاب:
برخلاف هارد دیسکها که دارای قطعات مکانیکی با دقتِ میکرونی هستند و با کوچکترین ضربه آسیب میبینند، دادههای درون شیشه سیلیس حتی اگر خودِ شیشه بشکند، در قطعاتِ شکسته شده نیز قابل بازیابی هستند، مگر اینکه شیشه کاملاً پودر شود!
۱۱- مسیر تجاریسازی؛ چه زمانی شیشه را در دیتاسنترها خواهیم دید؟
مایکروسافت در حال حاضر مرحله اثبات مفهوم (Proof of Concept) را پشت سر گذاشته و در حال بهینهسازی سرعتِ لیزرها برای کاربردهای صنعتی است. یکی از گلوگاههای فعلی، سرعتِ رایت کردن دادههاست که هنوز نسبت به هاردهای مغناطیسی کمتر است. با این حال، با ظهور لیزرهای چندپرتویی که میتوانند به صورت همزمان هزاران نقطه را روی شیشه حک کنند، این مانع در حال برطرف شدن است. طبق پژوهشهای نوین، انتظار میرود اولین مراکز داده مجهز به کتابخانههای شیشهای در چند سال آینده برای مشتریان خاص دولتی و آرشیوهای بزرگ بینالمللی در دسترس قرار گیرند.
گام بعدی، ایجاد یک استاندارد جهانی برای فرمت ذخیرهسازی روی شیشه است تا اطمینان حاصل شود که دستگاههای خواننده در صد یا هزار سال آینده نیز بتوانند این الگوها را تفسیر کنند. مایکروسافت به همراه شرکای علمی خود در حال تدوین پروتکلهایی است که همراه با خودِ دادهها، دستورالعمل بازخوانی آنها نیز به صورت تصویری و ساده روی لایههای اول تراشه حک شود. این نوع «خود-توصیفی» (Self-description) تضمین میکند که حتی اگر تمام دانش نرمافزاری فعلی ما از بین برود، تمدنهای آینده با یک میکروسکوپ ساده میتوانند بفهمند چگونه باید اطلاعات را از دل شیشه استخراج کنند.
نتیجهگیری نهایی؛ پلی میان تمدنها
پروژه سیلیس تنها یک پیشرفت فنی در حوزه ذخیرهسازی نیست، بلکه یک بیمهنامه برای تمدن دیجیتال ماست. ما در عصری زندگی میکنیم که حافظهمان به شدت به الکتریسیته و سیلیکون وابسته است؛ دو عنصری که در مقیاس تاریخی بسیار گذرا هستند. ذخیرهسازی داده روی شیشه با ترکیبِ ظرافتِ نوری و سختیِ سنگ، رسانهای پدید آورده که میتواند از آزمونِ زمان سربلند بیرون بیاید. از فیلمهای سینمایی و آثار هنری گرفته تا کدهای حیاتی و دانش علمی، همه و همه میتوانند در این کپسولهای زمانِ شفاف، از گزند فرسایش، جنگ و بلایای طبیعی در امان بمانند. بشریت سرانجام راهی یافته است تا ردپای خود را نه بر روی ماسههای لغزان، بلکه بر بدنه سخت و شفاف تاریخ حک کند.
منبع
سوالات متداول (Smart FAQ)
۱. آیا اطلاعات روی شیشه بر اثر تابش نور خورشید پاک میشوند؟
خیر، دادهها در لایههای داخلی شیشه و به صورت تغییرات فیزیکی در ساختار مولکولی ایجاد شدهاند که تحت تاثیر نور مرئی یا اشعه فرابنفش قرار نمیگیرند. این واکسلها برای تغییر نیاز به انرژی متمرکز لیزر فمتوثانیه دارند و نور طبیعی خورشید هیچ قدرتی برای بازنویسی آنها ندارد. به همین دلیل شیشه یکی از پایدارترین رسانهها در برابر تابشهای محیطی است.
۲. اگر تراشه شیشهای بشکند، اطلاعات آن کاملاً نابود میشود؟
در صورت شکستن شیشه به قطعات درشت، اکثر دادههای موجود در آن قطعات همچنان توسط میکروسکوپهای نوری قابل خواندن و بازیابی هستند. برخلاف دیسکهای مغناطیسی که خراش کوچک باعث از دست رفتن کل سکتور میشود، واکسلهای شیشهای مستقل عمل میکنند. تنها پودر شدن کامل شیشه یا ذوب شدن آن در دمای بالای ۱۰۰۰ درجه میتواند منجر به نابودی کامل اطلاعات شود.
۳. سرعت رایت کردن روی شیشه در مقایسه با هارد دیسک چقدر است؟
در حال حاضر سرعت نوشتن روی شیشه به دلیل ماهیتِ دقیق و پالسمحور لیزر، کندتر از هاردهای مکانیکی سنتی است. با این حال، هدف این تکنولوژی ذخیرهسازی دادههای «سرد» است که یک بار نوشته شده و هرگز پاک نمیشوند. محققان با استفاده از تکنیکهای رایت موازی، در حال نزدیک کردن این سرعت به استانداردهای صنعتی آرشیو هستند.
۴. آیا این شیشهها به مرور زمان دچار پدیده «خستگی ماده» نمیشوند؟
شیشه بوروسیلیکات به دلیل ساختار آمورف و پیوندهای قوی شیمیایی، پدیده خستگی یا فرسایشِ ساختاری در دمای اتاق ندارد. آزمایشهای پیرسازی تسریعشده نشان میدهند که واکسلها حتی پس از هزاران سال شبیهسازی شده، هیچگونه جابجایی یا محوشدگی نشان نمیدهند. این ثبات اتمی، برتری اصلی شیشه بر رسانههای پلیمری و مغناطیسی است.
۵. ظرفیت نهایی یک تراشه شیشهای در آینده چقدر خواهد بود؟
در حالی که تراشههای فعلی ظرفیت ۴.۸ ترابایتی دارند، پتانسیل تئوریک برای لایهبندی تا هزاران لایه وجود دارد که میتواند ظرفیت را به چند صد ترابایت در هر اینچ مربع برساند. با کوچکتر شدن اندازه واکسلها و استفاده از طولموجهای کوتاهتر، تراکم داده میتواند از تمام حافظههای فیزیکی فعلی فراتر رود. محدودیت اصلی فعلی، توان تفکیک اپتیکی دستگاههای خواننده است.
۶. آیا این فناوری برای استفاده کاربران خانگی و شخصی عرضه خواهد شد؟
در کوتاهمدت، به دلیل هزینه بسیار بالای لیزرهای فمتوثانیه، این تکنولوژی منحصر به مراکز داده و سازمانهای بزرگ خواهد بود. اما همانطور که درایوهای نوری روزی از آزمایشگاهها به خانهها آمدند، احتمال دارد نسخههای ارزانتر در دهههای آینده در دسترس عموم قرار بگیرند. فعلاً تمرکز اصلی بر روی نجاتِ آرشیوهای تمدنی و دادههای کلان است.
۷. تاثیرات زیستمحیطی تولید این تراشهها نسبت به هارد دیسک چگونه است؟
تولید شیشه به مراتب پاکتر از استخراج فلزات سنگین و کمیاب برای ساخت هارد دیسک و مدارهای الکترونیکی است. همچنین به دلیل طول عمر ده هزار ساله، زباله دیجیتالی تولید نمیشود و نیاز به بازیافت مداوم قطعات وجود ندارد. این فناوری یکی از سبزترین راهکارهای دنیای تکنولوژی برای مدیریت انفجار اطلاعات است.
۸. چگونه نسلهای آینده خواهند فهمید که این یک حافظه داده است؟
مایکروسافت قصد دارد بر روی لایه بیرونی شیشه، نمادها و دستورالعملهای تصویری (مانند لوحهای ویجر) حک کند که نحوه استفاده از نور برای خواندن لایهها را توضیح میدهند. این زبان تصویری به گونهای طراحی میشود که بدون نیاز به دانستن زبانهای فعلی، قابل درک باشد. این رویکرد، تراشه را به یک ابزار خودآموز برای باستانشناسان آینده تبدیل میکند.
شما چه میراثی را برای ۱۰,۰۰۰ سال بعد به جا میگذارید؟
تصور کنید امکان داشت یک پیام، یک عکس یا یک قطعه موسیقی را برای آیندگانِ دور در یک تراشه شیشهای ابدی کنید؛ انتخاب شما چه بود؟ آیا فکر میکنید تکنولوژی شیشه میتواند واقعاً ما را از عصر تاریک دیجیتال نجات دهد یا هنوز به رسانههای فیزیکیتری نیاز داریم؟ نظرات و تحلیلهای ارزشمند خود را در بخش دیدگاهها با ما در میان بگذارید تا درباره آینده حافظه بشری با هم گفتگو کنیم.
دکتر علیرضا مجیدی
پزشک، نویسنده و بنیانگذار وبلاگ «بازیگرها»
دکتر علیرضا مجیدی، نویسنده و بنیانگذار وبلاگ «بازیگرها».
با بیش از ۲۰ سال نویسندگی «ترکیبی» مستمر در زمینهٔ پزشکی، فناوری، سینما، کتاب و فرهنگ.
باشد که با هم متفاوت بیاندیشیم!