Le nouveau support de stockage de donn\u00e9es de Microsoft pour 10 000 ans : le verre<\/p>\n
Le stockage d’archives pose de nombreux d\u00e9fis. Nous voulons des supports extr\u00eamement denses et stables pendant des si\u00e8cles ou plus, et, id\u00e9alement, qui ne consomment aucune \u00e9nergie lorsqu’ils ne sont pas consult\u00e9s. Beaucoup d’id\u00e9es ont circul\u00e9, m\u00eame l’ADN a \u00e9t\u00e9 consid\u00e9r\u00e9, mais l’une des plus simples est de graver des donn\u00e9es dans le verre. De nombreuses formes de verre sont tr\u00e8s stables physiquement et chimiquement, et il est relativement facile d’y graver des choses.<\/p>\n
Il y a eu beaucoup de travaux pr\u00e9liminaires d\u00e9montrant diff\u00e9rents aspects d’un syst\u00e8me de stockage bas\u00e9 sur le verre. Mais dans le num\u00e9ro de mercredi de Nature, Microsoft Research a annonc\u00e9 le Projet Silica, une d\u00e9monstration fonctionnelle d’un syst\u00e8me capable de lire et d’\u00e9crire des donn\u00e9es dans de petites plaques de verre avec une densit\u00e9 de plus d’un m\u00e9gaoctet par millim\u00e8tre cube.<\/p>\n
\u00c9crire sur le verre<\/p>\n
Nous avons tendance \u00e0 penser au verre comme \u00e9tant fragile, sujet \u00e0 la casse et capable de s’\u00e9couler vers le bas au fil des si\u00e8cles, bien que cette derni\u00e8re affirmation soit un mythe. Le verre est une cat\u00e9gorie de mat\u00e9riaux, et divers produits chimiques peuvent former des verres. Avec le bon produit chimique de d\u00e9part, il est possible de fabriquer un verre qui est, comme le disent les chercheurs, thermiquement et chimiquement stable et r\u00e9sistant \u00e0 la p\u00e9n\u00e9tration de l’humidit\u00e9, aux fluctuations de temp\u00e9rature et aux interf\u00e9rences \u00e9lectromagn\u00e9tiques. Bien qu’il faudrait encore le manipuler de mani\u00e8re \u00e0 minimiser les dommages, le verre offre le type de stabilit\u00e9 que nous souhaiterions pour un stockage \u00e0 long terme.<\/p>\n
Mettre des donn\u00e9es dans le verre est aussi simple que de les graver. Mais c’est l\u00e0 l’un des d\u00e9fis, car la gravure est g\u00e9n\u00e9ralement un processus lent. Cependant, le d\u00e9veloppement de lasers femtosecondes, des lasers qui \u00e9mettent des impulsions qui ne durent que 10 \u00e0 15 secondes et peuvent en \u00e9mettre des millions par seconde, peut r\u00e9duire consid\u00e9rablement les temps d’\u00e9criture et permettre de concentrer la gravure sur une tr\u00e8s petite zone, augmentant ainsi la densit\u00e9 de donn\u00e9es potentielle.<\/p>\n
Pour relire les donn\u00e9es, il existe plusieurs options. Nous avons d\u00e9j\u00e0 eu un grand succ\u00e8s en utilisant des lasers pour lire des donn\u00e9es \u00e0 partir de disques optiques, bien que lentement. Mais tout ce qui peut capter les petites caract\u00e9ristiques grav\u00e9es dans le verre pourrait th\u00e9oriquement fonctionner.<\/p>\n
Avec les consid\u00e9rations ci-dessus \u00e0 l’esprit, tout \u00e9tait en place sur le plan th\u00e9orique pour le Projet Silica. La grande question est de savoir comment les assembler dans un syst\u00e8me fonctionnel. Microsoft a d\u00e9cid\u00e9 que, juste par prudence, elle r\u00e9pondrait \u00e0 cette question deux fois.<\/p>\n
Un syst\u00e8me r\u00e9el<\/p>\n
La diff\u00e9rence entre ces deux r\u00e9ponses se r\u00e9sume \u00e0 la fa\u00e7on dont une unit\u00e9 individuelle de donn\u00e9es, appel\u00e9e voxel, est \u00e9crite sur le verre. Un type de voxel qu’ils ont essay\u00e9 \u00e9tait bas\u00e9 sur la bir\u00e9fringence, o\u00f9 la r\u00e9fraction des photons d\u00e9pend de leur polarisation. Il est possible de graver des voxels dans le verre pour cr\u00e9er une bir\u00e9fringence en utilisant de la lumi\u00e8re laser polaris\u00e9e, produisant des caract\u00e9ristiques plus petites que la limite de diffraction. En pratique, cela impliquait d’utiliser une impulsion laser pour cr\u00e9er un vide de forme ovale, suivie d’une seconde impulsion polaris\u00e9e pour induire la bir\u00e9fringence. L’identit\u00e9 d’un voxel est bas\u00e9e sur l’orientation de l’ovale ; puisque nous pouvons r\u00e9soudre plusieurs orientations, il est possible d’enregistrer plus d’un bit dans chaque voxel.<\/p>\n
L’approche alternative consiste \u00e0 modifier l’ampleur des effets de r\u00e9fraction en faisant varier la quantit\u00e9 d’\u00e9nergie dans l’impulsion laser. Encore une fois, il est possible de discerner plus de deux \u00e9tats dans ces voxels, permettant de stocker plusieurs bits de donn\u00e9es dans chaque voxel.<\/p>\n
Les donn\u00e9es cartographiques de Microsoft Flight Simulator grav\u00e9es sur le support de stockage Silica.<\/p>\n
La lecture de ces donn\u00e9es dans Silica implique l’utilisation d’un microscope capable de d\u00e9tecter les diff\u00e9rences d’indice de r\u00e9fraction. Pour les passionn\u00e9s de microscopie, c’est une fa\u00e7on de dire qu’ils ont utilis\u00e9 la microscopie \u00e0 contraste de phase. La microscopie fixe les limites du nombre de couches de voxels pouvant \u00eatre plac\u00e9es dans un seul morceau de verre. Pendant la gravure, les couches \u00e9taient s\u00e9par\u00e9es par une distance suffisante pour qu’une seule couche se trouve dans le plan de mise au point du microscope \u00e0 la fois. Le processus de gravure int\u00e8gre \u00e9galement des symboles permettant au syst\u00e8me de microscope automatis\u00e9 de positionner la lentille au-dessus de points sp\u00e9cifiques sur le verre. De l\u00e0, le syst\u00e8me change lentement son plan focal, se d\u00e9pla\u00e7ant \u00e0 travers la pile et capturant des images qui incluent diff\u00e9rentes couches de voxels.<\/p>\n
Pour interpr\u00e9ter ces images microscopiques, Microsoft a utilis\u00e9 un r\u00e9seau neuronal convolutif qui combine des donn\u00e9es d’images qui sont \u00e0 la fois dans et pr\u00e8s du plan de mise au point pour une couche donn\u00e9e de voxels. C’est efficace car l’influence des voxels voisins change la fa\u00e7on dont un voxel donn\u00e9 appara\u00eet de mani\u00e8re subtile que le syst\u00e8me d’IA peut d\u00e9tecter s’il dispose de suffisamment de donn\u00e9es d’entra\u00eenement.<\/p>\n
La derni\u00e8re pi\u00e8ce du puzzle est l’encodage des donn\u00e9es. Le syst\u00e8me Silica prend le flux binaire brut des donn\u00e9es qu’il stocke et ajoute une correction d’erreur en utilisant un code de parit\u00e9 de faible densit\u00e9, la m\u00eame correction d’erreur utilis\u00e9e dans les r\u00e9seaux 5G. Les bits voisins sont ensuite combin\u00e9s pour cr\u00e9er des symboles qui tirent parti de la capacit\u00e9 des voxels \u00e0 stocker plus d’un bit. Une fois qu’un flux de symboles est cr\u00e9\u00e9, il est pr\u00eat \u00e0 \u00eatre \u00e9crit sur le verre.<\/p>\n
Performance<\/p>\n
L’\u00e9criture reste un goulot d’\u00e9tranglement dans le syst\u00e8me, donc Microsoft a d\u00e9velopp\u00e9 du mat\u00e9riel capable d’\u00e9crire une seule plaque de verre avec quatre lasers simultan\u00e9ment sans g\u00e9n\u00e9rer trop de chaleur. Cela suffit pour permettre une \u00e9criture \u00e0 66 m\u00e9gabits par seconde, et l’\u00e9quipe derri\u00e8re le travail pense qu’il serait possible d’ajouter jusqu’\u00e0 une douzaine de lasers suppl\u00e9mentaires. Cela pourrait \u00eatre n\u00e9cessaire, \u00e9tant donn\u00e9 qu’il est possible de stocker jusqu’\u00e0 4,84 t\u00e9raoctets dans une seule plaque de verre, les plaques mesurant 12 cm sur 12 cm et 0,2 cm d’\u00e9paisseur. Cela repr\u00e9sente plus de 150 heures pour \u00e9crire compl\u00e8tement une plaque.<\/p>\n
L’aspect jusqu’\u00e0 du syst\u00e8me de stockage a \u00e0 voir avec la densit\u00e9 de donn\u00e9es possible avec les deux diff\u00e9rentes fa\u00e7ons d’\u00e9crire les donn\u00e9es. La m\u00e9thode qui repose sur la bir\u00e9fringence n\u00e9cessite plus de mat\u00e9riel optique et ne fonctionne que dans des verres de haute qualit\u00e9, mais peut compresser plus de voxels dans le m\u00eame volume, et a donc une densit\u00e9 de donn\u00e9es consid\u00e9rablement plus \u00e9lev\u00e9e. L’approche alternative ne peut mettre qu’un peu plus de deux t\u00e9raoctets dans la m\u00eame plaque de verre, mais peut \u00eatre r\u00e9alis\u00e9e avec du mat\u00e9riel plus simple et peut fonctionner sur n’importe quel type de mat\u00e9riau transparent.<\/p>\n
Le verre borosilicate offre une stabilit\u00e9 extr\u00eame ; les exp\u00e9riences de vieillissement acc\u00e9l\u00e9r\u00e9 de Microsoft sugg\u00e8rent que les donn\u00e9es seraient stables pendant plus de 10 000 ans \u00e0 temp\u00e9rature ambiante. Cela a conduit Microsoft \u00e0 d\u00e9clarer : Nos r\u00e9sultats d\u00e9montrent que Silica pourrait devenir la solution de stockage d’archives pour l’\u00e8re num\u00e9rique.<\/p>\n
Cela exag\u00e8re peut-\u00eatre un peu. Le t\u00e9lescope Square Kilometre Array, par exemple, devrait avoir besoin d’archiver 700 p\u00e9taoctets de donn\u00e9es chaque ann\u00e9e. Cela signifierait que plus de 140 000 plaques de verre seraient n\u00e9cessaires pour stocker les donn\u00e9es de ce seul t\u00e9lescope. M\u00eame en supposant que la vitesse d’\u00e9criture puisse \u00eatre augment\u00e9e en ajoutant beaucoup plus de lasers, il faudrait plus de 600 machines Silica fonctionnant en parall\u00e8le pour suivre. Et le Square Kilometre Array est loin d’\u00eatre le seul projet g\u00e9n\u00e9rant d’\u00e9normes quantit\u00e9s de donn\u00e9es.<\/p>\n
Cela dit, il y a des caract\u00e9ristiques qui font de Silica une excellente solution pour ce genre de chose, notamment l’absence totale d’\u00e9nergie n\u00e9cessaire pour pr\u00e9server les donn\u00e9es, et le fait qu’elles peuvent \u00eatre r\u00e9cup\u00e9r\u00e9es rapidement si n\u00e9cessaire, un contraste marqu\u00e9 avec les jours n\u00e9cessaires pour r\u00e9cup\u00e9rer des informations \u00e0 partir de l’ADN, par exemple. De plus, je suis personnellement attir\u00e9 par un syst\u00e8me avec un support de stockage qui ressemble \u00e0 quelque chose sorti tout droit de la science-fiction.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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