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大数据提振光存储

联网与云存储已在很大程度上改变了用户观看视频和存储数据的方式,

  也让由DVD光驱等支撑起来的光存储市场陷入低迷。

  然而在大数据时代,对大数据安全、低耗能、长期存储的苛刻要求,为光存储带来了新的希望。

  现有主流的存储技术难以满足大数据时代对海量数据长期、安全、高效存储的要求。 这是4月23日在国家信息中心举办的“第三届大容量光存储技术研讨会暨中国大数据光存储产业联盟发起大会”上与会专家的共识。

  大数据让光存储重新发光

  以硬盘和磁带为代表的磁存储技术,由于存储速度快、存储量大和使用方便,成为当今主流的存储技术,被广泛应用于数据中心乃至企业中。

  但在极端的应用场景下,磁存储技术的优势可能不复存在。而这种极端场景将伴随大数据而来。根据IDC的预测,全球数据总量在2011年便达到1.8ZB(1021 字节),并以每两年翻番的速度发展,到2020年将达到35ZB。

  谈及大数据时代对存储的挑战,人们往往想到的是爆炸性增长的数据量和数据格式的多样化,却往往忽视了数据长期存储给现有存储技术带来的挑战。

  中科院院士干福熹在研讨会上表示:“大数据时代存储面临的第一个挑战是如何对数据进行安全保存,即数据在存储后不能被篡改,而目前的磁存储技术无法满足数据安全保存的要求;第二个挑战是现有的存储技术能耗很大;第三个挑战是数据要长期保存,很多数据要求保存50年甚至上百年,而现有的商用硬盘寿命不超过10年。”

  今年2月,Facebook宣布将采用蓝光光盘库建设冷数据中心,将PB级数据存入单一机柜的系统之中,数据保存时间长达50年。从此,人们又开始重新审视光存储技术。

  干福熹认为,光存储的主要优势有三个:一是基盘由坚固、耐久的材料制成;二是光存储的非易失性;三是可长期保存。光存储技术发展至今,其安全、能耗低、寿命长和单介质数据容量增加快的特点,使之在大数据时代满足对数据长期、安全、高效存储需求上具有独特的优势。

  但是,光存储技术本身首先必须摆脱光学衍射极限的束缚。所谓衍射极限,通俗地说,就是光学分辨率受光波长的限制,并与之成反比。因此蓝光光盘备受关注,因为蓝光波长更短,分辨率更高,光盘中两个信息点的距离更近,可以在一张盘片上存储较多数据。

  但值得注意的是,从DVD容量的几GB到蓝光DVD容量的几十GB,存储容量仅提高了1个数量级。而从1GB到1PB(1015 字节),相差6个数量级。显然,只有突破衍射极限才能实现光存储密度的大幅提升。

  澳大利亚科学院院士顾敏介绍,他与其研究团队采用双光束激光全息技术,在突破衍射极限方面取得了显著的进展。他们采用玻璃作为基材,将超稳定、超高密度的存储介质密封在玻璃基片中,从而使得光盘的数据存储寿命延长到50~150年。

  “我们计划在3到5年内完成单片容量为100GB~1TB(1012 字节)光盘的实用化研发。”顾敏说。

  院士联名提振光存储

  鉴于新一代光存储技术发展在大数据时代的重大意义,国家信息中心和中科院上海光机所联合发起,干福熹院士牵头与20位院士联名提出了《迎接大数据挑战,开展我国安全、节能、长寿命和高密度信息存储技术研发和应用》(简称《院士建议书》)的建议。这21位院士中,有10位来自中科院信息学部,3位来自数理学部,5位来自中国工程院信息与电子工程学部,还有来自海外的澳大利亚科学院院士顾敏和美国工程院院士张翔。

  干福熹院士在大会演讲中介绍,《院士建议书》建议基于《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006~2020年)》,站在国家战略高度,充分发挥中国集中力量办大事的优越性,果断决策,进行前瞻性总体部署,由财政部设立专项基金,尽快启动“大数据光存储研发与应用”国家科技专项计划。

  就国家科技专项计划实施,《院士建议书》提出三点建议:一是进行产学研联合攻关研究,集中优势力量,解决几个关键核心技术;二是进行工程化开发,集中研发关键设备、工艺、数据存储中心管理系统和数据传输系统;三是以建设“中国大数据冷库示范工程”为抓手,进行产业化示范、推广和大规模应用,推动现代数据中心产业升级。

  《院士建议书》建议分三期来完成转型计划:第一期,以国内已掌握的技术为基础,尽快掌握单片容量为100GB的光盘、光驱,以及容量为1PB的光盘库与数据中心技术,并实现示范应用;第二期,掌握单片1TB的光盘、光驱,以及容量超过100PB的光盘库与数据中心技术,并实现示范运用;第三期,掌握单片10TB的光盘、光驱,以及容量超过10EB(1018 字节)的巨量光盘库与数据中心技术。

  为了响应《院士建议书》,并抓住新一代光存储技术带来的发展机遇,国家信息中心、武汉高科国有控股集团、中国华录松下、中科院上海光机所、清华大学光盘国家工程研究中心、华中科大武汉光电国家实验室、中国电子视像行业协会、中国高清光盘产业联盟,联合发起共建“中国大数据光存储产业联盟”倡议。

  这8家发起单位决定,联合一切可以联合的产学研力量,共同推动大容量光存储技术进步和产业发展,共同推动“中国大数据冷库示范工程”项目建设,共同推动“光谷大数据港”和“大数据光存储产业园区”建设,共同推动融合磁光电存储技术的现代数据中心产业发展,共同推动中国信息化建设的进步。

  需求与挑战

  十多年前,VCD和DVD的普及,成就了我国的光存储产业。如同苹果的iPod对唱片工业带来的巨大冲击,互联网的普及,特别是云存储的兴起,对光存储市场带来很大的冲击,光存储产业发展陷入低谷。

  大数据带来了一个有别于以往的市场。“光存储的市场前景在于数据中心、档案系统等的数据存储,它要求数据的完整真实和长期可读。它是大数据技术领域的基础技术之一。” 清华大学光盘国家工程中心教授潘龙法认为。

  应该看到,我国光存储产业在过去十多年间进行了大量的基础研究和产业化实践,为冲击新一代光存储技术打下了良好的技术和产业化基础。

  Facebook的蓝光光盘库采用的就是苏州互盟信息存储技术有限公司的PB级蓝光光盘库产品。

  而据中科院上海精密光学机械研究所研究员王阳介绍,他们已经研发了100GB可录式超分辨率光盘的核心技术,其中包括薄膜材料和光盘技术,并积累多项技术专利。

  大数据时代对数据长期安全存储的需求,造就的是新的企业级市场,而非个人消费市场。新的需求必定带来新的挑战。

  华中科技大学武汉光电国家实验室教授谢长生表示,未来光盘库建设应注意四个问题:一是机电系统的寿命问题,玻璃光盘寿命超过百年,但光驱寿命有限,如果光驱市场需求不高,光驱企业如何生存?二是兼容性问题,在光盘50年的生命周期里,可能会出现10代以上光盘格式,该如何实现完全兼容;三是协议一致性问题,现在用户数据放在光盘里,有些元数据却放在服务器中,元数据一旦丢失,光盘数据则无法读出;四是相关软件,如光盘库系统管理软件,数据备份和归档协议转换软件,磁光电混合的热数据、温数据、冷数据调度管理软件,光盘库数据管理与快速查询软件等的发展问题。

  展望光存储技术的发展,顾敏认为,光存储阵列技术具有“5个超”,即EB级别的超大容量、节省超过99%能耗的超高节能、超高安全性、长达100~1000年的超长寿命和超高的数据吞吐能力。