Geniale lagringsmedier – hvordan krystaller kan redde menneskeheten

Utviklingen av datalagring

Registrering av informasjon var avgjørende for utviklingen av sivilisasjoner. Skriftlige kilder markerer skillet mellom forhistorisk og historisk tid. Fra leirtavler med kileskrift og papyrusruller til middelalderbøker og trykkpressen har nye skrivemetoder og teknologier endret samfunnet.

I dag registrerer og håndterer vi mer data enn noen gang. Men paradoksalt nok har lagringsmediene våre blitt stadig mer skjøre. For eksempel er vi nå klar over diskrot, eller CD-rot, som er nedbrytningen av det reflekterende laget på en kompaktplate (CD). Det er sannsynlig at de fleste av disse lagringsenhetene, inkludert museumarkiver, vil bli ulæselige etter kun noen tiår. Det samme problemet påvirker andre optiske lagringsmetoder som DVD-er og Blu‑ray.

Kilde: Digital Scrapbooking Storage

Sterke elektromagnetiske hendelser kan skade elektronikk og forstyrre datasystemer. Dette understreker behovet for robuste sikkerhetskopier, men innebærer ikke at en solstorm nødvendigvis vil slette mesteparten av verdens data.

Digitale arkiver krever vedlikehold, kopiering og overføring til nye lagringsmedier. Uten dette kan informasjon gå tapt langt raskere enn enkelte manuskripter på pergament, papyrus eller leire har gjort.

Heldigvis utforsker forskere teknologier for langt mer holdbar datalagring. Og morsomt nok kan det se veldig likt ut som den typen krystall vi ser i romskip i science‑fiction‑serier.

Kilde: RPF

Krystallers holdbarhet

Mange materialer brytes ned over tid, enten informasjonen er lagret på silisium, papir eller dyrehud. Enkelte mineraler og glassmaterialer kan derimot være svært stabile over lange tidsrom.

Lagringsmaterialet i denne teknologien tilsvarer smeltet kvarts, altså silikaglass. Selv om produktet kalles en minnekrystall, er glasset amorft og har ikke den regelmessige atomstrukturen til en krystall. Materialets kjemiske og termiske stabilitet gjør det egnet for langtidslagring.

Kilde: Britannica

Silikaglass tåler høye temperaturer og mange kjemiske og biologiske påvirkninger. Den optiske lagringen er heller ikke avhengig av å opprettholde en elektrisk ladning.

Det er disse egenskapene som fikk Prof. Peter Kazansky ved University of Southampton til å utvikle krystallbasert datalagring. De registrerte nylig hele det menneskelige genomet i én slik krystall.

Kilde: University of Southampton

På lang sikt kan dette bli en måte å bevare store mengder menneskelig kunnskap i svært lange tidsrom.

«Den visuelle nøkkelen som er risset inn i krystallen, viser finneren hvilke data den inneholder og hvordan de kan brukes.

Over de tette datalagene viser nøkkelen grunnstoffene hydrogen, oksygen, karbon og nitrogen; de fire DNA-basene adenin, cytosin, guanin og tymin med deres molekylstrukturer; plasseringen i DNA-ets dobbelheliks; og hvordan gener inngår i et kromosom som kan settes inn i en celle.»

5D‑krystaller

Forskerne utnytter materialets tredimensjonale volum. Ultraraske lasere skriver data i nanostrukturerte hulrom i silikaglass, med detaljer helt ned til 20 nanometer.

Kilde: ZME Science

I motsetning til lagring som hovedsakelig bruker en overflate, som papir og magnetbånd, kan denne metoden skrive i flere lag inne i materialet.

Data lagres i tre romlige dimensjoner. I tillegg brukes to optiske egenskaper til å kode mer informasjon på hvert sted.

Dobbeltbrytning

I prinsippet kan plasseringen av små hulrom i tre dimensjoner brukes til å lagre data. Men dette alene ville begrense kapasiteten per enhet eller kreve større lagringsmedier.

Forskerne utnytter derfor også dobbeltbrytning: lys påvirkes forskjellig avhengig av polarisasjonen. De optiske egenskapene gir flere kodbare tilstander og kan øke lagringstettheten åtte ganger.

Ved å bruke optikk med skarpere fokusering og lys med kortere bølgelengde kan den romlige lagringstettheten bli sammenlignbar med Blu-ray, med strukturer mindre enn 200 nanometer.

Sammen med de to optiske dimensjonene fra dobbeltbrytning kan hvert lagringspunkt representere åtte bit, altså én byte, i stedet for én bit. Dette kan gi en kapasitet på hundrevis av terabyte på en skive med diameter 12 cm.

5D Memory Crystal

Ekstrem holdbarhet

Teknologien kombinerer høy lagringstetthet med svært god holdbarhet. Materialet tilsvarer smeltet kvarts, som er kjemisk og termisk stabilt.

Ifølge universitetet tåler det frysing, brann og temperaturer opptil 1000°C, samt stor mekanisk belastning og langvarig kosmisk stråling. Dataene lagres optisk, slik at de ikke er avhengige av strømtilførsel.

Bruksområder

Permanent arkiv

Dette er en holdbar arkivteknologi, men dataene kan ikke uten videre overskrives. Den er derfor ikke en direkte erstatning for arbeidsminnet eller lagringsdisken i vanlige datamaskiner.

Lesingen kan også være mindre praktisk enn ved vanlige optiske plater. Teknologien passer derfor best for arkiver som ikke må åpnes og endres ofte.

Det er imidlertid det perfekte lagringsformatet for arkiver vi vil bevare uendret over en ekstremt lang periode. Så dette kan være et flott system for å lagre mange typer informasjon som ikke endres over tid og er viktige nok til å være verdt innsatsen:

• Historiske og arkeologiske opptegnelser.
• Litteratur, musikk og kunst generelt.
• Vitenskapelig kunnskap, fra vitenskapshistorie til databanker om kjent matematikk, kjemi, fysikk, biologi osv.
• Finansielle data, som kan bevares over lange tidsrom uavhengig av løpende drift av en blokkjede.
• Sikkerhetskopier av programmer og andre viktige IT-data.

Forsikring mot katastrofer

Det menneskelige genomet som nylig ble lagret i en 5D-krystall, skal oppbevares i Memory Of Mankind-arkivet, en tidskapsel i en saltgruve i Hallstatt i Østerrike.

Fjellets geologi skal gjøre at MOM-arkivet etter hvert lukkes naturlig. Ifølge prosjektet beveger saltet seg omtrent 2 cm i året inn i hulrom, noe som skal beskytte arkivet mot menneskelige inngrep.

Målet er å bevare menneskehetens minner, fra personlige vitnesbyrd og fortellinger til teknisk dokumentasjon og opplysninger om hvor radioaktivt eller giftig avfall er lagret.

Memory of Mankind har tidligere brukt avansert keramikk til å lagre tekst og bilder med mål om at de fortsatt skal kunne leses om én million år. Arkivet skal også inneholde et omfattende hjelpemiddel for å tyde språkene våre.

En keramisk mikrofilmplate på 20 × 20 cm kan romme opptil 5 millioner tegn, tilsvarende fem bøker på 400 sider hver. En bok lagret på keramisk mikrofilm krever omtrent 1/200 av volumet til en trykt utgave.

Genetiske data fra utdødde arter

Enkelte data kan ikke gjenopprettes når de først er tapt. Det gjelder både menneskeskapte verk og informasjon om naturen.

Genetiske data fra utdødde eller truede arter kan for eksempel arkiveres på et slikt holdbart medium.

Med utviklingen av en celle styrt av et syntetisk bakteriegenom i Craig Venters forskergruppe i 2010 og dagens forsøk på å gjenskape egenskaper hos mammuter kan fremtidig forskning kanskje komme nærmere bevaring eller gjenoppretting av arter. Genomdata alene er imidlertid ikke tilstrekkelig til å skape et komplekst dyr fra grunnen av.

Dyp romutforskning

Professor Kazansky og teamet hentet inspirasjon fra plakettene på Pioneer-romsondene, som NASA sendte på baner ut av solsystemet.

Kilde: Space.com

5D‑krystall kan brukes på lignende måte til å overføre informasjon over stjernene, med minimal eller ingen datatap. Dette ble faktisk allerede gjort, selv om det var mer som en markedsføringsgimmick, da en 5D‑krystall som inneholdt Asimovs Foundation‑trilogi ble plassert ombord på Tesla Roadster som ble sendt ut i rommet i 2018 (TSLA ).

Noen ser også for seg svært spekulative fremtidsscenarioer der romfartøy frakter genetiske data og maskiner for å etablere menneskelige kolonier. Å fremstille og utvikle mennesker på denne måten er ikke mulig med dagens teknologi.

Investering i datalagring

5D-lagring er fortsatt en ny teknologi, som også utvikles av det private selskapet 5D Memory Crystal / SPhotonics, et selskap med utspring i University of Southampton. Andre virksomheter undersøker også hvordan datalagring kan gjøres mer robust.

Du kan investere i datalagringsselskaper gjennom mange meglere. Her på securities.io finner du våre megleroversikter for USA, Canada, Australia, Storbritannia, og mange andre land.

Hvis du ønsker bredere eksponering enn enkeltstående datalagringsselskaper, kan du også undersøke teknologifond som ProShares Nanotechnology ETF (TINY), Global X Cloud Computing ETF (CLOU), eller Defiance Quantum ETF (QTUM). Disse kan gi mer diversifisert eksponering mot data- og IT-sektoren i den moderne økonomien.

Datalagringsselskaper

1. Twist Bioscience

Selskapet spesialiserer seg på DNA-syntese og bruker miniatyriseringsmetoder fra halvlederindustrien for å spare forskerne tid og penger.

Det arbeider også med DNA-basert datalagring, som kan bevare informasjon uavhengig av elektroniske lagringssystemer. Fremtidige arkiver kan derfor bruke både DNA og glassbaserte medier.

Denne miniatyriseringen reduserer reaksjonsvolumene med en faktor på 1.000.000 og øker gjennomstrømningen med en faktor på 1.000. Dermed kan opptil 9.600 gener syntetiseres på én silisiumbrikke ved full kapasitet.

Kilde: Twist Bioscience

I januar 2023 begynte selskapet å levere produkter fra sitt nylig åpnede andre produksjonsanlegg. Den nye fabrikken var ment å doble produksjonskapasiteten.

Med avansert DNA- og RNA-syntese kan Twist også bli en leverandør av aptamerer dersom markedet for slike blodfortynnende behandlinger vokser.

Som en produsent som leverer nukleinsyresekvenser til andre selskaper, kan Twist være en partner for virksomheter som utvikler DNA-basert lagring eller legemidler, blant annet aptamerer som hemmer blodkoagulering.

2. Pure Storage

En dag kan DNA eller 5D-glass bli viktige for å bevare kritiske data. Inntil videre vil vanlig elektronisk lagring trolig dekke mesteparten av behovet for ekstra kapasitet.

Pure Storage er en stor aktør innen lagring som tjeneste (STaaS). Artikkelen oppgir en årlig vekst på 18% og over 12.500 kunder globalt, opp fra over 9.000 i 2022. Kundene omfatter Meta, Comcast (CMCSA ), Domino’s Pizza (DPZ ) og NASA.

Kilde: Pure Storage

Pure Storage støtter også KI-prosjekter hos blant andre SiriusXM (SIRI ), AutoNation (AN ), Health Genome Center 2030 og Crater Labs.

Selskapets FlashArray- og FlashBlade-systemer lagrer data på flashminne og kan gi bedre ytelse enn løsninger basert på harddisker.

Ifølge selskapets sammenligninger bruker systemene to til fem ganger mindre strøm og plass enn harddiskbaserte løsninger og har opptil ti ganger høyere pålitelighet. Resultatene avhenger av systemet og bruken.

Kilde: Pure Storage

Artikkelen oppgir at datasentre står for 1–2% av verdens energiforbruk. En reduksjon på opptil 80% i energibruken knyttet til lagring kan derfor få betydning, men dette gjelder ikke datasenterets samlede strømforbruk.

Pure Storage startet hovedsakelig som maskinvareprodusent og har gradvis utvidet tilbudet med komplette tjenester og abonnementsbaserte lagringsløsninger.

Pure Storage kan dra nytte av økt bruk av KI og behovet for lavere energiforbruk i IT-sektoren. Energibehovet illustreres blant annet av Microsofts avtale knyttet til gjenåpning av kjernekraftverket Three Mile Island (MSFT ).