超級CD光牒中國造！一張就能裝下小型資料中心
克雷西 發自 凹非寺
量子位 | 公衆号 QbitAI
一張CD光牒就能裝下一個小型資料中心，CD光牒容量極限迎來重大突破！
這就是由中國科學家耗時七年打造的史上容量最大的“超級CD光牒”：
“超級CD光牒”由上海光機所與上海理工大學等機構合作打造，容量達到了普通藍光CD光牒的數萬倍。
不僅容量可觀，而且安全可靠、存儲時間長，非常适合長期、低成本地存儲海量資料。
如果實作量産，用這種CD光牒來做存儲陣列，有望在一個房間的空間内建立出Eb級的高密度資料中心。
相關研究已經在Nature發表：
對此，有網友辣評說，為了你的硬碟資源能完好地傳給你的曾曾曾孫，科學家們真的很努力……
那麼，這張“超級CD光牒”到底有多強呢？
在納米尺度上雕刻資料
存儲能力上，它的最大等效容量達到了1.6Pb，也就是1600多Tb或将近168萬Gb。
而在電商平台上能搜到的硬碟，最大容量不過20TB（160Tb），隻有“超級CD光牒”的10%。
這個容量，大概可以儲存3000小時的高碼率（160Mbps）8K電影。
對此，中國工程院外籍院士顧敏也用時下流行的ChatGPT做了解釋：
以深度學習模型GPT為例，其整個網際網路文本大小約為56PB。
如果用目前廣泛使用的1TB容量的移動硬碟進行存儲，平鋪開來需要占據一個操場的面積。
而新的三維納米光子存儲（“超級CD光牒”采用的技術），可将存儲空間節省至一台電腦大小。
即使把容量劃分到機關面積上，它的資料密度達到了每平方英寸（6.45平方厘米）26Tb，比最好的硬碟還多出23倍。
“超級CD光牒”的厚度隻有1.2毫米，卻堆疊了100層薄膜媒體，還擁有54nm點尺寸、70nm道間距的超高分辨率。
而普通CD光牒的點尺寸接近微米（1000納米）量級，“超級CD光牒”可謂是在納米尺度上雕刻資料。
壽命上，研究人員在130和120攝氏度下對記錄點的熒光衰減進行了加速老化測試。
在兩種溫度下，熒光資訊的衰減時間分别為12和26小時。
據此，研究人員根據Arrhenius模型推算，“超級CD光牒”中的資料能儲存超過41年，如果加上保護層，壽命還能進一步延長。
而且，“超級CD光牒”不僅實作了儲存設備容量的飛躍，在光學領域同樣是一項重要突破。
19世紀，實體學家恩斯特·阿貝在提出了“衍射極限”的概念，即光學系統在沒有其他像差或技術限制的情況下，能夠分辨兩個接近的點的最小距離。
按照阿貝的理論，衍射極限d=1.22λ/2NA，其中λ為波長，NA是系統的數值孔徑，而“超級CD光牒”的資訊點間距小于按照這一公式計算出的理論值。
那麼，研究人員是如何制造出這個“超級CD光牒”的呢？
堆疊100層薄膜材料
“超級CD光牒”的核心，是一種名為AIE-DDPR的薄膜材料，通過在光敏樹脂中摻雜聚集誘導發光染料得到。
這種材料具有高透明度和均勻性，且可以通過飛秒雷射束進行光學刺激，實作納米尺度的聚合和去活化。
AIE染料在聚集狀态下表現出增強的熒光發射，這與許多傳統熒光染料在聚集時熒光減弱的特性相反，使得薄膜在被雷射束激發時能夠産生強烈的熒光信号，例于資料的讀取和檢測。
此外，AIE-DDPR存儲密度高、環境友好、耐用的優點，并與現有的CD光牒制造技術相容。
首先，将光敏樹脂（DTPA，二季戊四醇五丙烯酸酯）與光引發劑（ITX，即2-異丙基硫雜蒽酮）和AIE染料（HPS，即六苯基噻咯）混合在有機溶劑中。
然後，将這個混合物在熱闆上攪拌以確定充分混合，然後在烘箱中加熱以去除溶劑，然後将上述混合物旋塗到透明基底上。
塗布後的薄膜需要在紫外光下固化，以形成均勻且透明的薄膜。固化過程會去除溶劑，使樹脂交聯形成固态薄膜。
薄膜形成後，就可以進行資料寫入了，這裡研究人員使用的是雙束雷射系統。
首先，使用515納米波長的飛秒雷射束在薄膜上進行聚焦，通過兩光子吸收引發聚合反應，形成記錄點。
然後，使用639納米波長的連續波（CW）雷射束進行去活化，以抑制周圍區域的聚合，進而實作超分辨率的記錄點。
這也正是“超級CD光牒”能夠突破衍射極限的關鍵所在。
最終，研究人員在垂直方向上堆疊100層AIE-DDPR薄膜，每層之間保持一定的間距，就在有限的空間内實作更高的存儲密度。
One More Thing
在提高資料存儲密度這件事上，人類的探索從未停止。
在“超級CD光牒”出現之前，容量最大的CD光牒是英國科學家2013年用玻璃制作的“5DCD光牒”。
交叉學科方面，也有生物學家嘗試着将DNA作為資訊的存儲載體，并成功将資訊“存”進了大腸杆菌。
而進入AI爆發的新時代，人工智能或許也将為尋找更高密度的存儲媒體提供新的思路。
論文位址：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06980-y