نسل جدید دیسک های ذخیره سازی نوری برای داده های طولانی

مقدمه بر نسل جدید دیسک ها:

دانشمندان استرالیا و چین از نانومواد طلا برای ساخت دیسک نوری جدید با ظرفیت بالا استفاده کرده اند. نسل جدید دیسک ها می‌توانند داده ها را برای مدت بیش از 600 سال ایمن نگه دارند، در حالی که از 1000 برابر انرژی کمتری استفاده می کند. این تکنولوژی جدید می‌تواند ذخیره‌سازی داده‌های جهانی مقرون‌به‌صرفه و کارآمد را فراهم کند، در حالی که محور حیاتی داده‌های بزرگ را به ” داده‌های طولانی ” تبدیل می‌کند که حوزه جدیدی از کشف علمی را باز می‌کند.

حجم بالا و سرعت رشد زیاد Big Data ها و ذخیره سازی ابر منجر به ایجاد معضل در مراکز داده شده است. این امکانات نه تنها از مقادیر هنگفت انرژی استفاده می کنند، یعنی تقریباً 3٪ از منبع برق جهان را مصرف می کند، بلکه به طور کلی به دیسک های سخت با ظرفیت محدود (2 ترابایت در هر دیسک) و طول عمر کوتاه (فقط دو سال) متکی هستند.

اکنون دانشمندان موسسه فن‌آوری رویال ملبورن و موسسه فن‌آوری Wuhan چین از نانوذرات طلا برای نشان دادن یک دیسک نوری نسل بعدی با حداکثر ظرفیت 10 ترابایت استفاده کرده‌اند. یک جهش ذخیره‌سازی ۴۰۰ درصدی و طول عمر بیش از شش قرن. در حالی که پیشرفته ترین دیسک های نوری که تاکنون توسعه یافته اند فقط طول عمر 50 ساله دارند. این فن‌آوری می‌تواند به طور اساسی کارایی مراکز داده‌ها را با استفاده از ۱۰۰۰ برابر قدرت کم‌تر از یک هارد دیسک، نیاز به خنک‌کننده کم‌تر بهبود بخشد. همچنین فرصت های جدیدی را برای حافظه داده های نوری با قابلیت اطمینان بالا فراهم می کند که می تواند در شرایط شدید مانند دما و فشار زیاد، داده‌ها ایمن بمانند. دیسک‌های نوری ذاتاً ایمن‌تر از دیسک‌های سخت هستند.

به گفته‌ی بازرس ارشد پروژه، پروفسور مین: ” همه داده‌هایی که ما در بخش کلان تولید می‌کنیم، به بیش از ۲.۵ میلیون بایت فضای ذخیره سازی در روز نیاز است، که تکنیک ما می‌تواند یک دیسک نوری با بزرگ‌ترین ظرفیت فن‌آوری نوری که تا به امروز توسعه یافته‌اند ایجاد کند و آزمایش‌های ما نشان داده‌اند که ذخیره سازی داده به صورت امن، بیش از نیم هزار سال به طول خواهد کشید. “

جهان از داده‌های بزرگ به سمت داده‌های طولانی تغییر می‌کند، که بینش‌های جدیدی را قادر می‌سازد تا از طریق استخراج مجموعه داده‌های حجیم که در طول دهه‌ها و قرن‌ها تغییرات در دنیای واقعی را ثبت می‌کنند کشف شوند. در اینجا، مفهوم حافظه داده‌های نوری طولانی را با کامپوزیت های شیشه ترکیبی نانوپلاسمونی نشان داده شده است.

شکل 1-1، رشد نمایی داده ها در جهان را نمایش می‌دهد:

شکل 1-1

چگونگی کارکرد فن‌آوری نانو حافظه بلند مدت نوری:

تکنیک جدید این فناوری، بیش از پنج سال توسعه یافته است که نانو مواد طلا را با یک ماده شیشه ترکیبی، ترکیب می کند که از مقاومت مکانیکی قابل توجهی برخوردار است. همانطور که در شکل 1-2 مشاهده می‌کنید، محققان حافظه، داده‌های نوری طولانی را در یک ماتریس شیشه ترکیبی نانوپلاسمونی جدید ایجاد کرده‌اند که با مواد معمولی مورد استفاده در دیسک های نوری متفاوت است.

شکل 2-1

حافظه داده های نوری با ظرفیت بالا از کامپوزیت های شیشه ترکیبی نانو پلاسمونیک طلا برای رمزگذاری و حفظ داده های طولانی طی قرن ها استفاده می کند. شیشه ماده ای بسیار بادوام است و قادر به ماندن 1000 سال است. اما به دلیل انعطاف پذیری آن، از ظرفیت ذخیره سازی محدودی برخوردار است. محققان شیشه را با یک ماده آلی ترکیب کردند و طول عمر آن را به نصف کاهش دادند، اما به شدت ظرفیت ذخیره سازی را افزایش دادند.

برای ایجاد ماتریس شیشه ترکیبی نانوپلاسمونی، نانو موادهای طلا در یک کامپوزیت شیشه ترکیبی، معروف به سرامیک اصلاح شده ارگانیک قرار گرفتند. محققان طلا را انتخاب کردند زیرا مانند شیشه، مقاوم و بادوام است. نانوذرات طلا اجازه می‌دهند تا اطلاعات در پنج بعد، یعنی سه بعد در فضا، به اضافه رنگ و قطبش ثبت شوند.

شکل 2–2

در شکل 1-3، داده ها با گرم كردن نانوردها از طلا رمزگذاري مي شوند و باعث مي شوند كه آنها در چهار مرحله گسسته به كره هاي مختلف منتقل شوند.

به طور کلی این روش، به یک فرآیند سُل ژل ^[1]متکی است، که از پیش سازهای شیمیایی برای تولید سرامیک و شیشه با خلوص و همگن بهتر نسبت به فرآیندهای معمولی استفاده می‌کند.

از نانوذرات، برای ثبت اطلاعات که در آن گذار شکل بین میله‌ها و کرات می‌باشد را می‌توان به کار برد. ترکیب فاز غیرآلی، ماتریکس میزبان را در اطراف خود افزایش می‌دهد تا طول عمر شکل نانو مواد طلا را با پاک کردن تخریب شکل ناخواسته در برابر آشفتگی حرارتی محیطی بهبود بخشد که در نتیجه طول عمر بیشتری از حافظه داده را افزایش می‌دهد.

به این منظور، تولید کننده طلا در مخلوطی از اجزای هیبرید آلی – غیرآلی متشکل از ترکیبات آلی ( پلی‌اتیلن گلیکول ) و اجزای غیر آلی ( سیلیس ) پراکنده شدند. سپس محلول مخلوط با حرارت دادن در دمای ۳۱۳ K، که بسیار پایین‌تر از نقطه ذوب کننده طلا بود، تثبیت شد.

در شکل 3-2، کامپوزیت ‌های شیشه‌ای هیبرید را از طریق نسبت‌های مختلف بین اجزای آلی و غیر آلی ( روش‌های فرآیند اندازه‌گیری ) نشان داده شده است. با افزایش درصد فاز غیرآلی، کامپوزیت ‌های شیشه‌ای هیبرید به دلیل مقاومت بسیار زیاد شیمیایی در سیلیکا افزایش می‌یابد.

شکل 2-3

برای تجزیه و تحلیل طول عمر داده‌های نوری، یک مدل مانع موثر انرژی برای ذخیره‌سازی داده‌ها با نانو مواد طلا در شکل 2-3 بخش C نشان‌داده شده‌است که داده‌ها در حداقل انرژی اشکال نانوذرات طلا بین میله‌ها و اشکال کره ذخیره می‌شوند.

با توجه به شکل 2-3، نانو موادهای طلای میله‌ایی شکل، انرژی آزاد بیشتری نسبت به نانومواد کروی شکل دارند. بنابراین طول عمر حافظه داده های نوری با کامپوزیت های شیشه ترکیبی نانو پلاسمونی عمدتاً بستگی به طول عمر شکل نانو موادها دارد.

برای دستیابی به یک تغییر شکل در ماده جدید، انرژی فعال‌سازی اضافی از نانو مواد طلا برای انتقال شکل و غلبه بر انرژی الاستیک افزایش‌ می‌یابد که در طول گسترش ماتریس میزبان ضروری است. بنابراین، با توجه به افزایش انرژی فعال موثر، طول عمر را به میزان قابل‌ توجهی افزایش می‌دهد.

نتیجه گیری:

سنتز کامپوزیت شیشه ترکیبی نانو پلاسمونی است. بر اساس یک فرآیند سُل ژل، که با روش پوشش چرخشی^[2] ( Spincoating ) سازگار است، راهی را برای تولید کم هزینه در مقیاس بزرگ دیسک های نوری جدید هموار می کند.

این کار می‌تواند بلوک‌های سازنده برای آینده مراکز داده‌های طولانی نوری در طول قرن‌ها باشد. همچنین فرصت‌های جدیدی را برای حافظه داده نوری با قابلیت اطمینان بالا فراهم می کند که می تواند در شرایط شدید مانند دما و فشار بالا، داده‌ها ایمن بمانند.

1. ^{sol–gel process} ↑

2. ^{– Spin coating is a procedure used to deposit uniform thin films onto flat substrates.}

   ^{2- پوشش چرخشی روشی است که برای رسوب فیلم‌های نازک یکنواخت روی بسترهای مسطح استفاده می شود.} ↑

 

عنوان درس: سیستم مدیریت امنیت اطلاعات

عنوان پژوهش: نسل جدید دیسک‌های ذخیره سازی نوری

“Next-gen optical disk holds 10TB of data for 600 years”

 استاد: جناب آقای دکتر حبیبی

دانشجو: قاسم صادقی دولت آبادی

آدرس کانال تلگرام سایت بیگ دیتا:

t.me/bigdata_channel

آدرس کانال سروش ما:
https://sapp.ir/bigdata_channelجهت دیدن سرفصل های دوره های آموزشی بر روی اینجا کلیک کنید.

جهت ثبت نام در دوره های آموزشی بر روی اینجا کلیک کنید.

بازدیدها: 338