Nanokeramischer Speicher, wenn Daten „für immer“ gespeichert werden

Datenspeicher aus Keramikkristallen sind von der Verschlechterung oder unbemerkten Beschädigung, die die Integrität ursprünglicher digitaler Informationen im Laufe der Jahre bedroht, nicht betroffen und bieten eine unveränderliche Aufzeichnung, die im Zeitalter der künstlichen Intelligenz nach Ansicht von Experten immer wichtiger wird.

Die zunehmende Produktion, Verarbeitung und der Austausch immer größerer Mengen digitaler Daten aufgrund der technologischen Entwicklung und ihrer immer breiteren Anwendung werden neue Speichersysteme erfordern, die effizienter als aktuelle Medien sind und deren Einschränkungen überwinden, prognostizieren Experten.

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Derzeit wird die Datenmenge, die in großen Rechenzentren verarbeitet wird, in Petabyte oder PB gemessen (ein PB entspricht dem Inhalt von etwa einer Milliarde Büchern oder etwa 500 Milliarden Textseiten). Doch die in diesen Einrichtungen verarbeiteten Datenmengen werden nach Ansicht von Experten weiter wachsen und die Verarbeitung so enormer Datenmengen erfordern, dass sie in Einheiten größer als Petabyte berechnet werden müssen.

„ Die Branche steuert auf das Zeitalter der Yottabytes zu “, sagt Christian Pflaum, CEO von Cerabyte, einem Unternehmen, das mit finanzieller Unterstützung des Technologieunternehmens Pure Storage eine neue Datenspeichertechnologie auf Basis von Keramikkristallen entwickelt.

AUF DEM WEG IN DIE ÄRA DER YOTTABYTES

Ein Petabyte umfasst enorme Datenmengen, die in Großrechnern und Serverzentren verarbeitet werden und gilt laut der Firma Ionos (www.ionos.es) als wichtigste Informationseinheit in diesem Bereich .

Ein PB ist eine Maßeinheit für die Speicherkapazität bzw. Datengröße und entspricht 1024 Terabyte (TB), während das Terabyte die übliche Maßeinheit für die maximale Datenmenge ist, die auf herkömmlichen SSD- und HDD-Speichern von heute gespeichert werden kann.

Aufgrund der zunehmend komplexen globalen Anforderungen an die Dateispeicherung wird die Datenspeicherung in einigen Fällen bereits in Zettabyte oder ZB gemessen (ein ZB entspricht ungefähr einer Million Petabyte).

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Und durch die zunehmende Einbindung von Systemen der Künstlichen Intelligenz (KI), die immer leistungsfähiger werden und in immer mehr Bereichen zum Einsatz kommen, wird es, wie Christian Pflaum erläutert, immer üblicher und notwendiger, Daten mit der Maßeinheit Yottabyte oder YB zu berechnen, was der astronomischen Menge von rund 1 Milliarde Petabyte entspricht.

Um diese enormen Informationsmengen zu speichern, zu bewahren und schnell genug darauf zuzugreifen, bedarf es neuer technologischer Unterstützung, meinen Experten.

Pflaum betont, dass „ im kommenden Yottabyte-Zeitalter eine nachhaltige Datenspeicherung, die die Notwendigkeit einer Datenmigration überflüssig macht und dadurch den Energieverbrauch und die Gesamtbetriebskosten reduziert, von entscheidender Bedeutung sein wird, um dem kommenden Daten-Tsunami gerecht zu werden .“

Die neue Technologie, die von Cerabyte entwickelt wird, wird diesen wachsenden Speicherbedarf decken. Sie basiert auf persistenten Keramikmedien, die digitale Informationen über sehr lange Zeiträume speichern können, ohne Energie zu verbrauchen. Diese Technologie werde es Rechenzentren ermöglichen, ihre derzeitige Speicherkapazität um ein Tausendfaches zu erhöhen, so das Unternehmen.

„ Herkömmliche Datenspeicher basieren im Wesentlichen auf zwei Technologien: Festplattenlaufwerke (HDD), die mechanisch mit beweglichen Teilen funktionieren, und Flash-Speicher (SSD), die elektronisch ohne mechanische Komponenten funktionieren “, erklärt Carmen Derlinchan, Director of Systems Engineering EMEA für die Region Süd bei Pure Storage, gegenüber EFE.

„ Während HDDs magnetische Materialien und mechanische Systeme zur Datenspeicherung verwenden, setzen SSDs Flash-Speicherchips und elektronische Systeme ein und bieten so Vorteile hinsichtlich Geschwindigkeit, Haltbarkeit und Energieeffizienz “, fasst Derlinchan zusammen.

DATEN IN KERAMIKGLAS GESPEICHERT

Bei der Speicherung auf Keramikbasis kommt eine Technologie zum Einsatz, bei der Daten auf Keramikplatten auf Glas aufgezeichnet werden. Diese Platten speichern die Informationen praktisch unbegrenzt und ohne Qualitätsverlust, sogar unter extremen Bedingungen. Dies stehe im krassen Gegensatz zu herkömmlichen Materialien wie Aluminium, Eisen oder Silizium, die in HDDs und SSDs verwendet werden, erklärt er.

Er fügt hinzu: „ Diese Technologie ermöglicht das parallele Lesen und Schreiben von Millionen von Bits (der kleinsten Einheit digitaler Informationen) und damit Datenübertragungen im Bereich von Gigabyte pro Sekunde (GB/s). Außerdem bietet sie unveränderlichen Speicher, da einmal geschriebene Daten nicht mehr geändert werden können, was insbesondere für die Langzeitarchivierung von Vorteil ist .“

Die neue Technologie schreibt Daten mit hoher Geschwindigkeit auf die Keramikschicht, die spezielle Glasplatten bedeckt. Dabei kommt ein System zum Einsatz, das ultrakurze Laserimpulse in Kombination mit einem als „Digital Mirror“ oder DMD bezeichneten Gerät verwendet, das bis zu zwei Millionen Bits pro Impuls schreiben kann.

Das Laserpuls-Array bohrt Löcher in die Keramikbeschichtung, die auf beiden Seiten der ultradünnen Flachglasplatten aufgebracht ist. Dabei arbeitet es im Nanometermaßstab, d. h. es werden Löcher im Nanometerbereich gebohrt.

Dabei handelt es sich um Perforationen, die nur unter dem Mikroskop sichtbar sind, da ein Nanometer ein Milliardstel Meter (entspricht einem Millionstel Millimeter) ist. Um Ihnen eine Vorstellung zu geben: Ein durchschnittliches menschliches Haar ist ungefähr 60.000 Nanometer dick .

Die mit einer „extrem haltbaren grauen oder dunklen Keramik “ beschichteten Glaswafer (Substrate), auf denen die Daten in Form von Perforationen im Nanometerbereich aufgezeichnet wurden, messen 9 x 9 Zentimeter und werden in Kassetten gestapelt, die zahlreiche Wafer enthalten, und dann in einer Roboterbibliothek gespeichert, erklärt Cerabyte.

LESEN IN DER ROBOTIK-BIBLIOTHEK

Sie erklären, dass die Roboterbibliothek, wenn Sie auf die in der Keramik gespeicherten Informationen zugreifen möchten, die Kassette mit dem zu lesenden Substrat sucht und abruft, das Substrat aus der Kassette entfernt und in die Leseeinheit einlegt.

Cerabyte gibt an, dass das Unternehmen bereits über einen funktionierenden Laborprototyp verfügt, der aus Materialien hergestellt wurde, die bereits in der Massenproduktion verwendet werden, und bei dem handelsübliche Standardkomponenten und -teile sowie halbfertige Werkzeugtechnologie zum Einsatz kommen, um die Machbarkeit des Konzepts zu bestätigen.

Sie weisen darauf hin, dass der aktuelle Prototyp dieser Technologie, der für Ferntests zur Verfügung stehen wird, Lese-/Schreibgeschwindigkeiten von 100 MB/s und eine Datenspeicherkapazität von 1 Petabyte (PB) pro Rack (eine standardisierte Struktur zur Unterbringung elektronischer Geräte) erreicht, die in den kommenden Jahren noch weiter steigen wird.

Die so aufgezeichneten Daten können mit hoher Geschwindigkeit gelesen werden. Dazu wird ein Lesesystem verwendet, das ein optisches Element ähnlich dem eines Mikroskops sowie ultraschnelle Beleuchtung und einen Bildsensor nutzt. Dadurch sind Lesegeschwindigkeiten von über 1 GB/s möglich, schneller als bei aktuellen Festplatten, betonen sie.

„ Diese Technologie wird künftig Schreibgeschwindigkeiten ermöglichen, die um ein Vielfaches schneller sind als bei aktuellen Speichersystemen wie LTO-Band- oder HDD-Technologie “, so Cerabyte.

Das Unternehmen schätzt, dass bis 2025 durch die Schaffung kleinerer Strukturen auf dünneren Substraten Speicherdichten von etwa 5 bis 10 Petabyte (PB) pro Rack sowie Lese-/Schreibgeschwindigkeiten zwischen 500 Megabyte (MB) und 1 Gigabyte (GB) pro Sekunde erreicht werden, mit automatisiertem Datenzugriff in nur 30 Sekunden.

„ Beschleunigte Alterungstests, die an diesem neuen Datenmedium durchgeführt wurden, bei denen es Temperaturen zwischen -273 °C und 500 °C ausgesetzt wurde, deuten darauf hin, dass es Daten über Jahrtausende speichern könnte, ohne dass es zu Datenbeschädigungen kommt, selbst wenn es elektromagnetischen Strahlen, UV- oder Gammastrahlen ausgesetzt wird “, schlussfolgern sie.

HÖHEPUNKTE :

- Die heutigen digitalen Speichermedien sind Experten zufolge nicht dafür ausgelegt, Daten länger als ein paar Jahre oder bestenfalls Jahrzehnte aufzubewahren .

- Festplatten (HDDs) auf Aluminium- oder Glasbasis und Flash-Laufwerke (SSDs) auf Siliziumbasis müssen häufig ausgetauscht und die Daten migriert werden, was die Kosten erhöht .

- Ein neues Medium, das Daten auf keramikbeschichteten Glasplatten mit Perforationen aufzeichnet, die zehntausendmal kleiner als ein Haar sind, könnte Jahrtausende überdauern .

Von Ricardo Segura EFE-Reports.

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