Ein Hoch auf Glas!

Im Jahr 2020 wurden weltweit rund 1,7 Megabyte Daten pro Sekunde und Person generiert. Aktuelle optische oder magnetischer Speichermedien für Daten haben in der Regel eine Lebensdauer, die ein Jahrhundert nicht überschreitet und verbrauchen große Mengen an Energie. Angesichts der kurzen Lebensdauer von Speichersystemen werden wir bald ein ernsthaftes Problem mit der Datenspeicherung haben.

Angesichts der Tatsache, dass alte Daten auf neue Speicher übertragen werden müssen und kontinuierlich neue Daten entstehen, besteht ein wachsender Bedarf an langfristigen Lösungen für die Datenspeicherung. In den vergangenen Jahren hielten neue Lösungen wie Cloud-Computing und Edge-Networking Einzug in die Praxis, doch wie sieht der nächste Schritt aus? Microsoft zufolge lautet die Antwort auf diese Frage: Glas, genauer gesagt hartes Quarzglas, das mit Daten beschrieben wird. 

Bei dieser Speichermethode kommen ultraschnelle Laseroptik und künstliche Intelligenz (KI) zum Einsatz, um Daten in Quadraten aus Quarzglas zu speichern. Die Glasquadrate werden mithilfe eines Lasers beschrieben, der mehrschichtige dreidimensionale Gitter im Nanobereich und Verformungen in verschiedenen Winkeln und Tiefen erzeugt. Algorithmen für maschinelles Lernen lesen dann die Daten aus, indem das Glasquadrat mit polarisiertem Licht durchleuchtet wird, was die Dekodierung von Bildern und Mustern erlaubt. 

Die theoretischen Möglichkeiten von Glas als Speichermedium wurden auf die Probe gestellt, als Microsoft zusammen mit Warner Bros. daran arbeitete, Daten – in diesem Fall einen Film – zu übertragen und wieder abzurufen. Diese Zusammenarbeit führte zur erfolgreichen Übertragung des Superman-Films aus dem Jahr 1978 auf ein 75 x 75 mm großes, 2 mm dickes Stück Quarzglas - das entspricht in etwa der Größe eines Bierdeckels. Dieser Erfolg ermöglichte es Microsoft, die Beständigkeit dieses Speichersystems und andere seiner potenziellen Vorteile zu testen.

Das Glas ist halb voll

Die Technik zum Speichern von Daten auf Glas ähnelt jener, die beim Abspielen von Musik von Glas- oder Acetat-Schallplatten zum Einsatz kommt, ist jedoch raffinierter und langlebiger. Quarzglas-Quadrate haben sich als äußerst langlebig und widerstandsfähig gegenüber „Behandlungen“ im Backofen, in der Mikrowelle, in kochendem Wasser, mit Metallschwämmen, Entmagnetisierungsverfahren und vielem mehr erwiesen. Aufgrund dieser Beständigkeit von Glas sind für die Datenspeicherung keine energieintensiven Klimaanlagen oder Entfeuchtungssysteme erforderlich, was den ökologischen Fußabdruck großer Datenspeicherzentren verringert. 

Neben der hohen Langlebigkeit und dem Energiesparpotenzial der Speicherung auf Glas bietet dieses System auch weitere Vorteile, darunter etwa die Senkung der Kosten für langfristige Datenspeicherung, da die Notwendigkeit der Datenübertragung reduziert wird. „Eine bedeutende Sache, die wir beseitigen wollten, ist dieser teure Zyklus, Daten ständig auf die nächste Generation von Speichermedien zu übertragen und neu zu schreiben“, erklärt Ant Rowstron, Partner und stellvertretender Laborleiter von Microsoft Research Cambridge im Vereinigten Königreich. „Was wir wirklich wollen, ist etwas, das Sie für 50 oder 100 oder 1.000 Jahre ins Regal legen und vergessen können, bis Sie es wieder benötigen.“ Dieses Ziel erreicht Microsoft mit der Speicherung auf Glas, da Daten nur einmal auf das Glasquadrat geschrieben werden müssen und jahrhundertelang erhalten bleiben, wohingegen Daten auf Festplatten nur drei bis fünf Jahre und auf Magnetbändern nur fünf bis sieben Jahre erhalten bleiben. 

Im Gegensatz zu Speicherbändern erfordert die Speicherung auf Glas auch kein Spulen, um bestimmte Daten einzusehen. Stattdessen kann der Algorithmus jeden beliebigen Punkt auf dem Glasquadrat präzise lokalisieren, wodurch die für das Abrufen von Informationen erforderliche Zeitspanne verkürzt wird. 

Obwohl dieser Superman-Test zeigt, dass die Speicherung und das Abrufen archivierter Daten möglich ist, sind wir noch weit entfernt von einer Anwendung bei Geschwindigkeiten, die schnell genug für den praktischen Einsatz in der Fertigung sind. Microsoft hofft jedoch, innerhalb des nächsten Jahrzehnts ein praktisch anwendbares System vorweisen zu können. 

Sobald dies erreicht ist, will Microsoft einen groß angelegten kalten Datenspeicher schaffen. Das bedeutet, dass in einer solchen Anlage archivierte Daten gespeichert werden, die einen Wert haben oder die von Unternehmen aufbewahrt werden müssen, auf die jedoch nicht häufig zugegriffen werden muss. Dazu zählen etwa Krankenakten, Finanzdaten, behördliche Daten, Vertragswerke und mehr. Hinsichtlich der Verteilung und des Abrufens von Daten sind Glas-Speichersysteme wahrscheinlich keine Konkurrenz für die Cloud, was ihre Nützlichkeit für die Fertigungsindustrie einschränkt. Allerdings können sie Daten wie Informationen zur Produktgarantie, Finanzunterlagen und andere wichtige Dokumente auf dauerhafte, umweltfreundliche und kostengünstige Weise speichern. 

Um über die neuesten Fortschritte bei der Datenspeicherung in der Fertigungsbranche auf dem Laufenden zu bleiben, besuchen Sie das Wissenszentrum von EU Automation. 

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