Ευφυή Μέσα Αποθήκευσης – Πώς τα Κρύσταλλα Μπορούν να Σώσουν την Ανθρωπότητα

Εξέλιξη της Αποθήκευσης Δεδομένων

Recording data was crucial to civilization’s founding. In fact, the invention of written records defined the separation between the prehistorical and historical periods. From early cuneiform clay tablets and papyrus scrolls to medieval books and the printing press, improvements in writing methods and technology have been transformative to human societies.

Σήμερα, καταγράφουμε και διαχειριζόμαστε περισσότερα δεδομένα από ποτέ. Αλλά παραδόξως, τα μέσα αποθήκευσης μας έχουν γίνει όλο και πιο ευαίσθητα. Για παράδειγμα, γνωρίζουμε πλέον το disk rot, or CD rot, που είναι η υποβάθμιση της αντανακλαστικής στρώσης ενός συμπαγούς δίσκου (CD). Είναι πιθανό ότι τα περισσότερα από αυτά τα μέσα αποθήκευσης, including museum archives, θα είναι αδιάβαστα μετά από μερικές δεκαετίες. Το ίδιο πρόβλημα επηρεάζει και άλλες οπτικές μεθόδους αποθήκευσης όπως τα DVD και τα Blu‑ray.

Πηγή: Digital Scrapbooking Storage

Ανάλογα, οι σκληροί δίσκοι μπορούν να είναι πολύ ευαίσθητοι σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα, έτσι τα περισσότερα δεδομένα του κόσμου θα μπορούσαν να διαγραφούν από μια αρκετά ισχυρή ηλιακή καταιγίδα ή EMP.

Συνολικά, σε σύγκριση με τα χειρόγραφα γραμμένα σε βέλος, πάπυρο ή πηλό, η σύγχρονη γνώση θα διαρκέσει μόνο μερικές δεκαετίες ή έναν αιώνα, ή βρίσκεται μια καταστροφή μακριά από την πλήρη καταστροφή.

Ευτυχώς, οι ερευνητές εξερευνούν τεχνολογίες για πολύ πιο ανθεκτική αποθήκευση δεδομένων. Και, αστεία, μπορεί να μοιάζει πολύ με τον τύπο κρυστάλλου που βλέπουμε σε εξωγήινα σκάφη σε επιστημονικές ταινίες.

Πηγή: RPF

Ανθεκτικότητα των Κρυστάλλων

Τα περισσότερα υλικά υποβαθμίζονται με το χρόνο, είτε πρόκειται για προχωρημένη χάραξη σε πυριτίου wafer είτε για χαρτί/δερματικά υλικά. Ωστόσο, ο ορυκτός κρύσταλλος είναι ένας τύπος δομής που παραμένει αξιοσημείωτα σταθερός για χιλιετίες, αν όχι εκατομμύρια χρόνια.

Αυτό συμβαίνει επειδή οι κρύσταλλοι είναι πολύ αυστηρά οργανωμένοι και δομημένοι σε ατομικό επίπεδο. Αυτό σημαίνει ότι για να αρχίσει η καταστροφή τους, πρέπει να τους σπάσουμε σε ατομικό επίπεδο αντί να μειώσουμε απλώς τους δεσμούς μεταξύ μεγάλων ινών ή το ηλεκτρομαγνητικό φορτίο ενός πυριτίου ατόμου.

Πηγή: Britannica

Αυτό καθιστά τους κρυστάλλους εξαιρετικά ανθεκτικούς σε ζημιές από θερμότητα, μικροοργανισμούς ή ηλεκτρομαγνητισμό.

Αυτά τα χαρακτηριστικά οδήγησαν τον Pr. Peter Kazansky at the University of Southampton να αναπτύξει αποθήκευση δεδομένων σε κρύσταλλο. Πρόσφατα registered the entirety of the human genome data in one such crystal.

Πηγή: University of Southampton

Και μακροπρόθεσμα, μπορεί να γίνει ένας τρόπος αποθήκευσης του συνολικού συνόλου της ανθρώπινης γνώσης για σχεδόν αιωνιότητα.

«Το οπτικό κλειδί που χαράζεται στον κρύσταλλο δίνει στον ανακαλυπτή γνώση για το τι δεδομένα αποθηκεύονται μέσα και πώς θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν.

Πάνω από τα πυκνά επίπεδα των δεδομένων που περιέχονται, το κλειδί εμφανίζει τα καθολικά στοιχεία (υδρογόνο, οξυγόνο, άνθρακας και άζωτο); τις τέσσερις βάσεις του μορίου DNA (αδενίνη, κυτοσίνη, γουανίνη και θυμίνη) με τη μοριακή τους δομή· τη θέση τους στη δομή του διπλού έλικα του DNA· και πώς τα γονίδια τοποθετούνται σε ένα χρωμόσωμα, το οποίο μπορεί στη συνέχεια να ενσωματωθεί σε ένα κύτταρο.»

Κρύσταλλοι 5Δ

Ο τρόπος που το έκαναν είναι αξιοποιώντας τη 3Δ φύση των κρυστάλλων. Καταγράφουν τα δεδομένα στον κρύσταλλο χρησιμοποιώντας υπερ‑γρήγορους λέιζερ για να χαράξουν με ακρίβεια δεδομένα σε νανο‑δομημένες κενές περιοχές μέσα σε κρύσταλλο πυριτίου – με διαστάσεις χαρακτηριστικού μικρότερες από 20 νανόμετρα.

Πηγή: ZME Science

Αυτό έρχεται αντίθετο με την πλειονότητα των τρεχουσών μεθόδων καταγραφής δεδομένων, οι οποίες καταγράφουν κυρίως σε επίπεδο 2Δ, είτε σε χαρτί, μαγνητική ταινία ή πυριτίου wafer.

Αντίθετα, καταγράφουν τα δεδομένα σε όλο το βάθος του κρυστάλλου (3Δ), καθώς προσθέτουν και ένα επιπλέον επίπεδο πυκνότητας δεδομένων προσθέτοντας στις 3Δ χωρικές διαστάσεις 2 οπτικές διαστάσεις.

Διπλοδιάθλαση

Σ θεωρία, η «απλή» 3Δ αποθήκευση δεδομένων χρησιμοποιώντας τη χωρική θέση του νανοσκοπικού κενού στον κρύσταλλο θα μπορούσε να είναι επαρκής. Ωστόσο, θα απαιτούσε πολύ μεγαλύτερους κρυστάλλους ή θα περιορίζετο τον όγκο δεδομένων που μπορεί να χωρέσει ανά κρύσταλλο.

Έτσι, οι ερευνητές αξιοποιούν επίσης ένα φαινόμενο που ονομάζεται «διπλοδιάθλαση». Σημαίνει ότι το υλικό ανακατευθύνει το φως διαφορετικά ανάλογα με την πόλωση του φωτός. Αυτό μας επιτρέπει να πολλαπλασιάσουμε την πυκνότητα αποθήκευσης δεδομένων κατά 8 φορές.

«Καταγράφοντας δεδομένα με πιο στενά εστιαστικά οπτικά και φως μικρότερου μήκους κύματος, είναι δυνατόν να επιτευχθεί χωρική (3Δ) πυκνότητα παρόμοια με αυτή των δίσκων Blu‑Ray, με μέγεθος πηγίου μικρότερο από 200 nm.

Σε συνδυασμό με την τέταρτη και πέμπτη διάσταση που παρέχει η διπλοδιάθλαση, η οποία επιτρέπει σε ένα πηγίο να αποθηκεύει οκτώ bits (ένα byte) πληροφορίας αντί για ένα, θα ήταν δυνατόν να επιτευχθεί μια άνευ προηγουμένου χωρητικότητα εκατοντάδων τεραμπάιτ σε έναν δίσκο διαμέτρου 12 cm.

5D Memory Crystal»

Ακραία Ανθεκτικότητα

Δεν θα είναι μόνο τόσο πυκνή η αποθήκευση δεδομένων όσο τα Blu‑ray, αλλά θα είναι επίσης πολύ πιο ανθεκτική. Ο κρύσταλλος που χρησιμοποιείται είναι ισοδύναμος με το συγκολλημένο χαλαζία, ένα από τα πιο χημικά και θερμικά ανθεκτικά υλικά στη Γη.

Μπορεί να αντέξει τις υψηλές και χαμηλές ακραίες θερμοκρασίες του παγώματος, της φωτιάς και θερμοκρασίες έως 1000 °C. Ο κρύσταλλος μπορεί επίσης να αντέξει άμεση δύναμη κρούσης έως 10 τόνους ανά cm² και δεν επηρεάζεται από μακρά έκθεση στην κοσμική ακτινοβολία. Επίσης, δεν επηρεάζεται από έντονα ηλεκτρικά ρεύματα.

Εφαρμογές

Μόνιμα Αρχεία

Παρόλο που είναι υπερ‑ανθεκτικό, ένα τέτοιο σύστημα αποθήκευσης δεδομένων δεν είναι επανεγγράψιμο. Έτσι, δεν πρέπει να περιμένουμε αυτήν την τεχνολογία να ενσωματωθεί στους υπολογιστές μας σύντομα.

Επίσης, είναι πιθανό να μην είναι τόσο γρήγορη ή εύκολη στην ανάγνωση όσο οι οπτικοί δίσκοι, οπότε αποτελεί φτωχό μέσο για δεδομένα που θέλουμε να συμβουλευόμαστε συχνά.

Ωστόσο, είναι η τέλεια μορφή αποθήκευσης για αρχεία που θέλουμε να διατηρήσουμε αμετάβλητα για εξαιρετικά μεγάλο χρονικό διάστημα. Έτσι, αυτό θα μπορούσε να είναι ένα εξαιρετικό σύστημα για την αποθήκευση πολλών τύπων πληροφοριών που δεν αλλάζουν με τον χρόνο και είναι αρκετά σημαντικές ώστε να αξίζει η προσπάθεια:

• Ιστορικά και αρχαιολογικά αρχεία.
• Λογοτεχνία, μουσική και τέχνη γενικά.
• Επιστημονική γνώση, από την ιστορία της επιστήμης έως βάσεις δεδομένων για γνωστά μαθηματικά, χημεία, φυσική, βιολογία κ.λπ.
• Οικονομικά δεδομένα, με τέτοια αποθήκευση ίσως ακόμη πιο ανθεκτική από τα αποκεντρωμένα δίκτυα blockchain.
• Προγράμματα αντιγράφων ασφαλείας και άλλα βασικά δεδομένα συστημάτων Πληροφορικής.

Ασφάλιση Καταστροφής

Τα δεδομένα του ανθρώπινου γονιδιώματος που καταγράφηκαν πρόσφατα στον κρύσταλλο 5Δ θα αποθηκευτούν στα αρχεία Memory Of Mankind. Πρόκειται για μια ειδική χρονοκάψουλα μέσα σε σπηλιά αλατιού που βρίσκεται 2 km κάτω από το Hallstatt, Αυστρία.

Η γεωλογία του βουνού θα επιτρέψει στο αρχείο MOM να κλείσει πλήρως μέσω ενός φυσικού φαινομένου: το αλάτι «ρέει» με ταχύτητα 2 cm/έτος σε οποιοδήποτε κενό. Αυτό θα προστατεύσει το αρχείο από τη μεγαλύτερη απειλή· τον ίδιο τον άνθρωπο.

Ο στόχος του είναι η αρχειοθέτηση της ανθρώπινης μνήμης, από μαρτυρίες και ιστορίες που συλλέγουν τα άτομα μέχρι την τεκμηρίωση της τεχνολογίας, καθώς και, για παράδειγμα, τις τοποθεσίες αποθήκευσης πυρηνικών ή τοξικών αποβλήτων.

Προηγουμένως, το Memory Of Mankind relied on high-tech ceramic to store text and images permanently with a goal to be readable in 1 million years. Θα περιλαμβάνει επίσης ένα πολύ εκτενές εργαλείο αποκρυπτογράφησης για την εξήγηση της γλώσσας μας.

Μια ταμπλέτα από κεραμικό μικροφίλμ (20×20 cm) μπορεί να μεταφέρει έως 5 εκατομμύρια χαρακτήρες, που ισοδυναμούν με 5×400‑σελίδων βιβλία. Ένα βιβλίο σε κεραμικό μικροφίλμ απαιτεί 1/200 του όγκου σε σύγκριση με την έντυπη έκδοση.

Γενετικά Δεδομένα Εξαφανισμένων Ειδών

Ορισμένα δεδομένα μπορεί επίσης ποτέ να μην επανακτηθούν όταν χαθούν. Αυτό ισχύει όχι μόνο για τις ανθρώπινες επιτεύξεις αλλά και για τον φυσικό κόσμο.

Για παράδειγμα, τα γενετικά δεδομένα εξαφανισμένων ή απειλούμενων ειδών θα μπορούσαν (πρέπει;) να αρχειοθετηθούν με έναν τόσο διαρκή τρόπο.

Λαμβάνοντας υπόψη the creation of a synthetic bacterium από την ομάδα του Dr Craig Venter το 2010, και the current effort to resurrect mammoths, δεν είναι απίθανο να φανταστούμε ότι σε μερικές δεκαετίες ή αιώνες θα γίνουν προσπάθειες να αναδημιουργηθούν από την αρχή τέτοια εξαφανισμένα είδη.

Εξερεύνηση Βαθιάς Διαστήματος

Ο Pr. Kazansky και η ομάδα του αντλήσαν από τα Pioneer spacecraft plaques που εκτοξεύθηκαν από τη NASA με σκοπό να περάσουν τα όρια του Ηλιακού Συστήματος.

Πηγή: Space.com

Ο κρύσταλλος 5Δ θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί παρόμοια για τη μεταφορά πληροφοριών μεταξύ των άστρων, με ελάχιστη ή καθόλου απώλεια δεδομένων. Αυτό έγινε ήδη, αν και περισσότερο ως διαφημιστικό κόλπο, καθώς a 5D crystal containing Asimov’s Foundation Trilogy sci-fi classic was onboard the Tesla Roadster sent into space in 2018.

Κάποιοι φανταστικοί στοχαστές ακόμη θεωρούν ότι αυτό θα μπορούσε να είναι ένας τρόπος για την ανθρωπότητα να εξερευνήσει τα άστρα χωρίς γρήγορες μεθόδους ταξιδιού. Ένα σκάφος θα μπορούσε να σταλεί με τα δεδομένα και τις μηχανές που απαιτούνται για τη δημιουργία ανθρώπινων εμβρύων «από το μηδέν», και να γεννήσει νέους αποίκους σε πολύ μακρινούς αστέρες.

Επένδυση στην Αποθήκευση Δεδομένων

Οι κρύσταλλοι 5Δ είναι, προς το παρόν, μια πολύ νέα τεχνολογία, η οποία επίσης αναπτύσσεται από the private company 5D Memory Crystal / SPhotonics, που προήλθε από το Πανεπιστήμιο του Σαουθάμπτον. Ωστόσο, άλλες εταιρείες εξερευνούν πώς να κάνουν την τεχνολογία αποθήκευσης δεδομένων πολύ πιο ανθεκτική από τις τρέχουσες μεθόδους μας.

Μπορείτε να επενδύσετε σε εταιρείες αποθήκευσης δεδομένων μέσω πολλών χρηματιστών, και μπορείτε να βρείτε εδώ, στο securities.io, τις προτάσεις μας για τους καλύτερους χρηματιστές στις the USA, Canada, Australia, the UK, as well as many other countries.

Αν δεν ενδιαφέρεστε μόνο για εταιρείες αποθήκευσης δεδομένων, μπορείτε επίσης να εξετάσετε τεχνολογικά ETFs όπως το ProShares Nanotechnology ETF (TINY), Global X Cloud Computing ETF (CLOU), ή Defiance Quantum ETF (QTUM) που θα προσφέρει πιο διαφοροποιημένη έκθεση για να εκμεταλλευτείτε τη σημασία των δεδομένων και της πληροφορικής στην σύγχρονη οικονομία.

Εταιρείες Αποθήκευσης Δεδομένων

1. Twist Biosciences

Η εταιρεία ειδικεύεται στη σύνθεση DNA, leveraging miniaturization methods from the semiconductor industry, εξοικονομώντας χρόνο και χρήματα για τους ερευνητές.

Επίσης εργάζεται για τη δημιουργία DNA-based data storage που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την προστασία δεδομένων ανεξάρτητα από ηλεκτρονικά συστήματα. Έτσι, ίσως οι προηγμένες τεχνολογίες αποθήκευσης δεδομένων να χρησιμοποιούν το ίδιο το DNA, εκτός από κρυστάλλους.

Αυτή η μικροποίηση μας επιτρέπει να μειώσουμε τους όγκους αντίδρασης κατά παράγοντα 1.000.000 ενώ αυξάνουμε την παραγωγικότητα κατά παράγοντα 1.000, επιτρέποντας τη σύνθεση 9.600 γονιδίων σε ένα μόνο πυριτίου chip σε πλήρη κλίμακα.

Πηγή: Twist Biosciences

Τον Ιανουάριο του 2023, the company started shipping products from its recently launched second manufacturing installation. Η νέα εργοστάσια θα πρέπει να διπλασιάσει τις παραγωγικές δυνατότητες της Twist.

Με την προηγμένη δυνατότητα σύνθεσης DNA και RNA, η Twist θα μπορούσε γρήγορα να γίνει ένας σημαντικός κατασκευαστής aptamer εάν η αγορά των αντιπηκτικών προϊόντων αυξηθεί.

Ως «ουδέτερος» παραγωγός που εστιάζει στην παροχή των καλύτερων αλληλουχιών νουκλεϊκών οξέων στην καλύτερη τιμή, θα μπορούσε να είναι ο προτιμώμενος εταίρος κατασκευής για οποιαδήποτε φαρμακευτική εταιρεία που επιδιώκει την εμπορευματοποίηση χρήσιμων νουκλεϊκών οξέων, όπως η αποθήκευση δεδομένων ή anti-clotting aptamers.

2. Pure Storage

Είναι απολύτως δυνατό ότι κάποια μέρα θα βασιζόμαστε στην αποθήκευση DNA ή κρυστάλλου 5Δ για την προστασία κρίσιμων δεδομένων. Αλλά μέχρι τότε, είναι πιθανό ότι η ανάγκη μας για επιπλέον αποθήκευση δεδομένων θα καλυφθεί μέσω της συνηθισμένης λύσης βασισμένης σε πυρίτιο.

Η Pure Storage είναι ηγέτης στην αγορά «Storage-as-a-Service» (STaaS). Αναπτύσσεται γρήγορα (18% ετησίως) με ήδη πάνω από 12.500 παγκόσμιους πελάτες (από 9.000+ το 2022), συμπεριλαμβανομένων των Meta, Comcast, Domino’s Pizza και NASA.

Πηγή: Pure Storage

Η Pure Storage υποστηρίζει επίσης πολλά έργα AI από SiriusXM, AutoNation, Health Genome Center 2030, Crater Labs κ.λπ.

Το βασικό πλεονέκτημα της εταιρείας βασίζεται στην τεχνολογία FlashArray και FlashBlade, η οποία υπερτερεί σε σύγκριση με τους σκληρούς δίσκους, αποθηκεύοντας τα δεδομένα σε μονάδες flash μνήμης.

Τα συστήματά της καταναλώνουν 2‑5 φορές λιγότερη ενέργεια και χώρο από τα υπάρχοντα συστήματα σκληρών δίσκων και είναι 10 φορές πιο αξιόπιστα.

Πηγή: Pure Storage

Καθώς το 1‑2 % της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας προέρχεται από τα κέντρα δεδομένων, η μείωση κατά 80 % της ενέργειας που σχετίζεται με την αποθήκευση μπορεί να έχει τεράστιο αντίκτυπο.

Η Pure Storage ξεκίνησε κυρίως ως κατασκευαστής υλικού, αλλά έχει εξελιχθεί αργά σε πάροχο υπηρεσιών cloud με πλήρεις λύσεις turnkey.

Η Pure Storage πιθανότατα θα ωφεληθεί τα επόμενα χρόνια από την άνοδο της AI σε συνδυασμό με την ανάγκη μείωσης της κατανάλωσης ενέργειας της βιομηχανίας ΠΤ, όπως φαίνεται, για παράδειγμα, στην πρόσφατη συμφωνία της Microsoft για την επανεκκίνηση του πυρηνικού σταθμού Three Mile Island.