Geleceğin veri depolama ortamları: 5D belleklerle uzun süreli arşivleme

Veri Depolamanın Evrimi

Yazılı kayıtlar, insanlığın bilgiyi kuşaktan kuşağa aktarmasında temel rol oynadı. Tarih öncesi ile tarihsel dönem arasındaki ayrım da geleneksel olarak yazılı kaynaklara dayanır. Kil tabletlerden papirüse, kitaplardan matbaaya kadar kayıt teknolojileri toplumların bilgi birikimini değiştirdi.

Bugün her zamankinden daha fazla veri kaydediyor ve işliyoruz. Dijital ortamların uzun süre korunması ise bakım gerektirir. Örneğin disk çürümesi, ya da CD çürümesi olarak bilinen sorun, CD’nin katmanlarına zarar verebilir. Kullanım ömrü malzemeye, üretim kalitesine ve saklama koşullarına bağlıdır. Bu sorun müze arşivleri dahilgibi koleksiyonları da etkileyebilir. DVD ve Blu-ray ortamları da zamanla bozulabilir.

Kaynak: Digital Scrapbooking Storage

Güçlü elektromanyetik alanlar, aşırı gerilim ve elektromanyetik darbeler elektronik donanıma veya bazı depolama ortamlarına zarar verebilir. Ancak bir güneş fırtınasının dünyadaki bütün sabit diskleri otomatik olarak sileceği söylenemez; risk, altyapıya, maruz kalmaya ve korumaya bağlıdır.

Dijital bilgiyi korumak için yedekleme, bütünlük denetimi ve yeni biçimlere aktarım gerekir. Kâğıt, parşömen ve kil de zarar görebilir. Günümüze ulaşmış bazı eski belgeler, eski arşivlerin tamamının modern ortamlardan daha güvenli olduğunu göstermez.

Neyse ki, araştırmacılar çok daha dayanıklı veri depolama teknolojileri üzerinde çalışıyorlar. Ve ilginç bir şekilde, bu teknoloji bilim kurgu dizilerindeki uzay gemilerinde gördüğümüz kristal türüne çok benziyor olabilir.

Kaynak: RPF

Kristallerin Dayanıklılığı

Birçok malzeme zamanla bozulur. Bu belleklerde kullanılan erimiş silika ise kimyasal ve ısıl açıdan dayanıklı bir camdır. “Kristal” adı kullanılsa da malzeme, katı bilimsel anlamda kristal yapılı değil amorftur.

Dayanıklılık hem malzemeye hem de veriyi kodlayan nanoyapılara ve çevre koşullarına bağlıdır. Kristal bir atom düzeni tek başına bir malzemeyi yok edilemez yapmaz.

Kaynak: Britannica

Silika camı ısıya ve birçok kimyasal etkiye karşı dayanıklıdır. Bununla birlikte belleğin dayanımı, belirli deney koşulları altında değerlendirilmelidir.

Bu özellikler, Southampton Üniversitesi’nden Prof. Peter Kazansky‘nin kristal veri depolama geliştirmesine yol açtı. Kendisi yakın zamanda insan genomunun tamamını böyle bir kristalde kaydetti.

Kaynak: University of Southampton

Bu yaklaşım, gelecekte önemli bilgi arşivlerinin çok uzun süre korunmasına katkı sağlayabilir. Böyle bir amaç için fiziksel dayanıklılığın yanında veriyi okuyacak yöntemlerin de korunması gerekir.

“Belleğe işlenen görsel anahtar, onu bulan kişiye hangi verilerin saklandığını ve nasıl kullanılabileceğini anlatır.”

Anahtarda hidrojen, oksijen, karbon ve azot; DNA’nın dört bazı; çift sarmal yapısı ve genlerin kromozomlarla ilişkisi gösterilir. Bu bilgiler tek başına bir insanı oluşturmak için yeterli değildir.

5D Kristaller

Araştırmacılar, silikanın içinde yönlendirilmiş nanoyapılar oluşturmak için ultra hızlı lazerler kullanıyor. Bazı yapı özellikleri yaklaşık 20 nanometreye kadar küçülebiliyor.

Kaynak: ZME Science

Yaygın depolama ortamlarının çoğu bilgiyi yüzeylerde veya katmanlarda saklar. Bazı optik diskler de çok katmanlıdır; bu nedenle fark yalnızca iki boyut ile üç boyut arasındaki ayrım değildir.

Yöntem, üç uzamsal koordinatı iki optik özellik ile birleştirir. “5D” adı bu beş bilgi kodlama parametresinden gelir; beş ayrı uzay boyutu anlamına gelmez.

Çift kırılma

Nanoyapıların konumu, bilgiyi camın hacmine dağıtır. Buna ek olarak optik özelliklerden yararlanmak, yalnızca konum kodlamasına kıyasla daha fazla bilgi saklanmasını sağlar.

Çift kırılma, ışığın farklı polarizasyon bileşenlerinin malzeme içinde farklı davranmasıdır. Oluşturulan yapıların optik eksen yönü ve faz gecikmesi gibi özellikler ek kodlama değerleri sunar. Kapasite artışı kullanılan kodlama düzenine bağlıdır.

Daha sıkı odaklama ve uygun dalga boyları kayıt yoğunluğunu artırabilir. Ancak tek bir nanoyapının boyutu, kayıt noktaları arasındaki en küçük mesafeyle otomatik olarak aynı değildir.

Çok seviyeli optik kodlama, tek bir kayıt noktasında birden fazla bit saklanmasını sağlayabilir. Araştırmacıların belirttiği yüzlerce terabaytlık kapasite potansiyeli, her küçük örneğin bu miktarda veri içerdiği anlamına gelmez.

5D Memory Crystal

Aşırı Dayanıklılık

Erimiş silika, kimyasal ve ısıl açıdan dayanıklı bir malzemedir. Bu nedenle uzun süre değiştirilmeden saklanacak bilgiler için araştırılmaktadır.

Araştırma ekibi, 1.000 °C’ye kadar sıcaklık, yüksek mekanik yük ve kozmik ışınım karşısında dayanıklılık bildiriyor. Milyarlarca yıllık ömür tahminleri, o süre boyunca yapılan gözlemlere değil malzeme özelliklerine ve yaşlanma modellerine dayanır. Verilerin gelecekte okunması için uygun donanım ve kodlama bilgisi de gerekir.

Uygulamalar

Kalıcı Arşivler

Bu yaklaşım özellikle sık değiştirilmeyen uzun süreli arşivler için düşünülüyor. Günlük bilgisayar belleğinin veya yaygın yeniden yazılabilir depolamanın hemen yerine geçmesi beklenmemelidir.

Pratik kullanım için maliyet, yazma hızı ve okuma donanımı da önemlidir. Fiziksel dayanıklılık tek başına hızlı ve kolay erişim sağlamaz.

Çok uzun süre korunması istenen önemli ve seyrek değişen bilgiler için olası kullanım alanları şunlardır:

• Tarihsel ve arkeolojik kayıtlar.
• Edebiyat, müzik ve genel olarak sanat.
• Bilimsel bilgi, bilim tarihinden bilinen matematik, kimya, fizik, biyoloji vb. veri bankalarına kadar.
• Finansal kayıtlar ve bunları doğrulamaya yarayan bilgiler.
• Yedekleme programları ve diğer BT sistemlerinin temel verileri.

Felaket Sigortası

İnsan genomu verilerini içeren bellek, Memory Of Mankind arşivine yerleştirildi. Arşiv, Avusturya’nın Hallstatt kasabasındaki bir tuz madeninde bulunuyor. Dağın içinde ilerlenen mesafe, yerin iki kilometre altındaki dikey derinlikle karıştırılmamalıdır.

Tuz, zaman içinde yavaşça şekil değiştirerek boşlukları kapatabilir. Proje, madenin koruyucu ortamından yararlanmayı amaçlıyor; bu, bütün risklerin ortadan kalktığı anlamına gelmez.

Amaç; kişisel anlatılardan teknik belgelere, nükleer veya zehirli atık depolarının konumlarına kadar insanlığın hafızasını korumaktır.

Memory of Mankind ayrıca metin ve görüntüleri uzun süre korumak için seramik ortamlar kullanıyor. Projede, gelecekte dili ve içeriği anlamaya yardımcı olacak açıklamalar da yer alıyor.

Projeye göre 20 × 20 santimetrelik bir seramik mikrofilm levhası yaklaşık beş milyon karakter saklayabilir. Gerçek okunabilirlik, kodlamaya ve kullanılabilir okuma araçlarına bağlıdır.

Nesli Tükenmiş Türlerin Genetik Verileri

Bazı bilgiler kaybolduğunda yeniden oluşturulamaz. Bu yalnızca insanlığın kültürel birikimi için değil, doğal dünya için de geçerlidir.

Nesli tükenmiş veya tehlike altındaki türlerin genom verileri de dayanıklı ortamlarda saklanabilir.

2010’da Craig Venter’ın ekibinin geliştirdiği sentetik bir genom tarafından kontrol edilen bir bakteri hücresi , sentetik biyolojide önemli bir ilerlemeydi. Ayrıca mamut benzeri özellikleri yeniden oluşturma çalışmaları da araştırılıyor. Ancak DNA dizisi tek başına insanları veya karmaşık hayvanları sıfırdan yaratmaya yetmez; uygun hücreler, gelişim süreçleri ve başka birçok unsur gerekir.

Derin Uzay Keşfi

Kazansky ve ekibi, görsel anahtarı tasarlarken Pioneer uzay araçlarının plakalarından esinlendi. NASA bu araçları Güneş Sistemi’nin dışına doğru uzanan yörüngelere gönderdi.

Kaynak: Space.com

5D bellek, gelecekte uzun uzay görevlerinde bilgiyi korumaya katkı sağlayabilir. Sembolik bir örnek olarak, Asimov’un Vakıf üçlemesini içeren bir bellek 2018’de uzaya gönderilen Tesla Roadster’a yerleştirildi (TSLA ).

Başka yıldızlarda insanlar oluşturmak üzere bilgi ve makineler göndermek ise son derece spekülatif bir düşüncedir. Genomun saklanabilmesi, böyle bir görevin biyolojik, teknik ve etik sorunlarını çözmez.

Veri Depolamaya Yatırım

5D bellek, Southampton Üniversitesi’nden doğan özel şirket 5D Memory Crystal / SPhotonicstarafından da geliştirilen özel bir teknolojidir. Başka şirketler farklı veri depolama yöntemleri üzerinde çalışmaktadır.

Veri depolama şirketlerinin hisselerine aracı kurumlar üzerinden yatırım yapılabilir. securities.ioüzerinde ABD, Kanada, Avustralya, Birleşik Krallık, ve başka ülkelerdeki aracı kurumlara ilişkin karşılaştırmaları bulabilirsiniz.

Daha geniş teknoloji yatırımları için ProShares Nanotechnology ETF (TINY), Global X Cloud Computing ETF (CLOU), veya Defiance Quantum ETF (QTUM)gibi fonlar incelenebilir. Bu ETF’lerin stratejileri ve riskleri farklıdır; doğrudan 5D bellek teknolojisine yatırım sağlamazlar.

Veri Depolama Şirketleri

1. Twist Bioscience

Şirket DNA sentezinde uzmanlaşmıştır ve yarı iletken endüstrisinden esinlenen minyatürleştirme yöntemlerinikullanarak araştırmacıların reaktif tüketimini azaltmayı ve üretim kapasitesini artırmayı amaçlar.

Ayrıca DNA tabanlı veri depolama üzerinde çalışmaktadır. Bu, silika camından farklı bir yaklaşımdır; kendine özgü kodlama, sentez, saklama ve okuma süreçleri gerektirir.

Minyatürleştirme, tepkime hacimlerini küçülterek aynı çip üzerinde çok sayıda DNA dizisinin paralel üretilmesini sağlar. Kapasite ve avantajlar, kullanılan platforma ve ürüne bağlıdır.

Kaynak: Twist Bioscience

Ocak 2023’te şirket, ikinci üretim tesisinden ticari ürün sevkiyatına başladı. Yeni tesis kapasiteyi artırmak için kuruldu; gerçek üretim miktarı devreye alma sürecine ve talebe bağlıdır.

Nükleik asit sentezi, aptamer araştırmalarında da kullanılabilir. Bu, Twist’in hâlihazırda onaylı pıhtılaşma önleyici ilaçlar ürettiğini veya bu pazarda kesin olarak lider olacağını göstermez.

Twist, araştırmacılara ve şirketlere diziler sağlayarak veri depolama veya pıhtılaşma önleyici aptamerler gibi alanlarda araştırmalara katkı sağlayabilir. Her uygulamanın teknik ve ekonomik koşulları ayrıca değerlendirilmelidir.

2. Pure Storage

DNA ve 5D bellekler, uzun süreli bilgi korumaya katkı sağlayabilir. Günlük veri depolamada ise elektronik ve manyetik ortamlar önemini korumaktadır.

Pure Storage, veri depolama sistemleri ve abonelik hizmetleri sunar. 4 Ağustos 2024’te sona eren 2025 mali yılı ikinci çeyreğinde toplam geliri yıllık %11, abonelik hizmetleri geliri %25 arttı. Şirketin belirttiği müşteriler arasında Meta, Comcast (CMCSA ), Domino’s Pizza (DPZ ) ve NASA bulunuyor.

Kaynak: Pure Storage

Şirket; SiriusXM (SIRI ) ve AutoNation (AN ) gibi kuruluşlardaki veri ve yapay zekâ uygulamalarını da örnek gösteriyor.

FlashArray ve FlashBlade, farklı iş yükleri için geliştirilen flash depolama sistemleridir. Sabit disklere kıyasla performans, enerji ve maliyet avantajı; yapılandırmaya ve kullanım biçimine bağlıdır.

Pure Storage, bazı geleneksel sistemlere göre enerji ve alan tasarrufu bildirmektedir. Üreticinin karşılaştırmaları belirli koşullara dayanır; her kurulum için aynı sonuç garanti edilemez.

Kaynak: Pure Storage

Daha verimli depolama, veri merkezlerinin elektrik tüketimini azaltabilir. Ancak işlemci, ağ ve soğutma gibi diğer bileşenlerin tüketimini ortadan kaldırmaz.

Pure Storage, donanımın yanında yazılım ve abonelik hizmetlerini geliştirmiştir. Yerel, barındırılan ve bulut ortamlarına hizmet vermesi, şirketi sıradan bir genel bulut sağlayıcısı yapmaz.

Yapay zekâ, verimli veri depolamaya olan ihtiyacı artırabilir; ancak bu, şirket için kesin büyüme veya yatırım getirisi anlamına gelmez. Artan elektrik ihtiyacına bir örnek de Microsoft’un 2024’te Three Mile Island’ın 1. ünitesinin planlanan yeniden açılışından elektrik satın almak üzere yaptığı anlaşmadır (MSFT ). Yeniden açılış, gerekli çalışmaların ve düzenleyici onayların tamamlanmasına bağlıydı.