بررسی فن آوری های ultra-high density optical storage برای Big Data Center

0
102
فناوری Air Gap در Tape

چکیده

در big data center، فناوری های optical storage دارای مزایای زیادی مانند صرفه جویی در انرژی و طول عمر بالا هستند. با این حال، چگونگی بهبود تراکم ذخیره سازیoptical storage   هنوز یک چالش بزرگ است. شاید فناوری optical storage چند لایه کاندید مناسبی برایbig data center  در سال های آینده باشد. با توجه به اینکه تعداد لایه ها در درجه اول با انتقال هر لایه محدود می شود، بزرگترین ظرفیت دیسک چند لایه حدود 1 ترابایت / دیسک و 10 ترابایت / کارتریج است. ذخیره سازی داده های هولوگرافی (Holographic data storage)(HDS) یک رویه حجمی است. برای یک دیسک هولوگرافی با ضخامت 1.5 میلی متر، ظرفیت های بالقوه آن بیش از 4 ترابایت / دیسک و 40 ترابایت / کارتریج نیست. در سال های اخیر، توسعه فناوری optical storage  با وضوح فوق العاده توجه بیشتری را به خود جلب کرده است. فناوری نانولیتوگرافی بازدارنده عکس برداری با مهار تصویر فوق العاده (SPIN) با اندازه ویژگی 9 نانومتر و وضوح دو خطه 52 نانومتری 3 سال پیش گزارش شد. با این حال، تبدیل این اصل هیجان انگیز به یک سیستم storage  واقعی یک چالش بزرگ است. می توان انتظار داشت که در آینده ظرفیت های 10 ترابایت / دیسک و 100 ترابایت / کارتریج بدست آید. از همه مهمتر، فناوری SPIN دریچه ای را برای بهبود ظرفیت optical storage   به طور مرتب باز می کند تا نیاز توسعه big data center را برآورده کند.

مقدمه

فناوری اطلاعات دیجیتال به طور چشمگیری اقتصاد و جوامع را تقویت کرده است. بنابراین، ذخیره اطلاعات از هر بخش، از جمله آموزش، سرگرمی، بهداشت، تجارت و غیره، قبلاً به بخشی ضروری از بسیاری از فعالیتهای بشر در عصر اطلاعات تبدیل شده است. تخمین زده شده است که اطلاعات تولید شده توسط بخشهای عمده هر ساله تقریباً دو برابر می شود. big data center ها با ظرفیت های پتابایت (PB) و حتی اگزابایت (EB) به عنوان کلیدهای اصلی سیستم عامل های اصلی برای cloud computing و storage ظهور کرده اند، که به عنوان راه حل اصلی اولیه برای نسل بعدی big data storage اعلام شده است. در big data center، فناوری های optical storage دارای مزایای زیادی مانند صرفه جویی در انرژی و طول عمر بالا هستند. فضای optical storage طول عمر بالا (بالای 50 سال)، مصرف کم انرژی (حدود 15/1 از درایورهای سخت) و هزینه کم را ارائه می دهد. اما ظرفیت دیسک های نوری تجاری در مقایسه با درایورهای سخت کم است. بیشترین ظرفیت دیسک BD اکنون 128 گیگابایت است. در همان زمان، پیش بینی ها افزایش 50 برابری داده های جهانی تا سال 2020 را ضروری می دانند، حتی ظرفیت هارد دیسک ها نیز به قدری سریع نیست که بتواند با انفجار داده های دیجیتال در سراسر جهان همگام شود. با این حال، با توجه به اینکه هدف فناوری Tape مغناطیسی 100 ترابایت / دیسک در سال 2022 است، چگونگی بهبود تراکم ذخیره سازی optical storage هنوز یک چالش بزرگ است. در این مقاله، سه نوع فناوری optical data storage  از جمله: optical storage  چند لایه ، HDS،optical storage  مبتنی بر SPIN بررسی شده و مورد بحث قرار گرفته است.

MULTILAYER OPTICAL STORAGE

یک روش جذاب برای data-storage  استفاده از نور برای ذخیره اطلاعات در کل حجم سه بعدی یک ماده است. برای volumetric storage  بیت های local، یک طرح این است که مفهوم CD را به چندین لایه گسترش دهید. optical storage چند لایه با طرح پیش لایه می تواند بدون تغییر مقدار زیادی از سخت افزار بازخوانی انجام شود. تمرکز  Servoعلاوه بر وظیفه اصلی خود قفل کردن روی یک لایه، پس از انتخاب لایه، وظیفه تغییر بین لایه های عمق مختلف را نیز بر عهده دارد. عبور متقاطع از لایه های دیگر با جدا کردن لایه ها با فاصله نسبتاً زیاد به حداقل می رسد. با افزودن لایه های بیشتر، بازتاب و انتقال هر لایه باید به گونه ای تنظیم شود که سیگنال های موجود در هر لایه به یک اندازه قابل تشخیص باشند.

عوامل متعددی ظرفیتoptical storage  چند لایه را با طرح پیش لایه محدود می کنند. تعداد لایه ها در درجه اول با انتقال هر لایه محدود می شود. حداکثر تعداد لایه های N تابعی از انتقال لایه است (شکل 1). نسبت سیگنال به نویز، نشان می دهد که 30 لایه یا بیشتر با

τ = 0.9 امکان پذیر است. کارهای قبلی نشان داد که تقاطع بین لایه ای برای optical storage چند لایه توسط طرح پیش لایه در شرایط مطلوب رسانه در فاصله های بین لایه خاص به حداقل می رسد. مشخص شد که سیگنال بازخوانی با بهینه سازی ضخامت فیلم بیست برابر افزایش می یابد. اگر فرض شود که نسبت سیگنال به نویز داشته باشد، نتایج نشان می دهد که 40 لایه یا بیشتر با فناوری thin-film multi-layer system  امکان پذیر است. با فرض 25 گیگابایت در هر لایه، ظرفیت کل دیسک 42 لایه می تواند بیش از 1 ترابایت باشد.

شکل 1. حداکثر تعداد لایه های N در مقابل انتقال لایه τ برای thin-film multi-layer system.

یکی دیگر از موارد مهم در مورد optical storage چند لایه، مشکل ساخت دیسک های پیش ثبت شده با بیش از دو لایه خواندن است. ظاهراً یکی از سردردهای اصلی چسباندن لایه های ضبط کننده و لایه های فاصله دار به یکدیگر بدون تاب دادن دیسک حاصل است. با این حال، بسیاری از نقاط عطف مهم که محققان در زمینه توسعه optical storage چند لایه با طرح پیش لایه به دست آورده اند، در جدول 1 خلاصه شده است.

جدول 1. دستاوردهای عمده optical storage چند لایه توسط طرح پیش لایه از سال 2003

Company

Year Achievements Capacity
Pioneer 2003 4-layer

Read-Only-Memory disc with a 2P sheet

100GB without evaluated result because the thickness variation

of the space layer [8]

Panasonic 2011 3-Layer Rewritable

Phase-Change Disc

100GB with the SER less than

2* 10-4 [9]

Matsushita Electric Industrial 2008 4-Layer Write-Once Disc 100GB with the LEQ jitter less

than 8.53% [10]

Sony 2006 4- layer BD-R 133 GB with bERs less than 2*

10-4 [11]

Sony 2006 8-layer Read-Only

Discs

200GB with the jitter less than

7% [12]

TDK 2006 6-layer write once disc 200GB with bERr less than 2*

10-5 [13]

Pioneer 2009 20-layer read-only disc 500GB with jitter values below

10% [14]

TDK 2010 16-layer recordable disc 512GB with the SER less than

4* 10-4 [15]

Pioneer 2011 16-Layer Write Once Disc with a Separated

Guide Layer

512 GB discs with the i-MLSE under 12% [16]

یک دیسک نوری قابل ضبط 16 لایه با ماده ضبط غیر آلی ساخته شد و مشخصات ضبط با استفاده از دستگاه مبتنی بر دیسک Blu-ray با طول موج 405nm و NA 0.85 اندازه گیری شده بود. ضخامت لایه های فاصله دهنده برای S2 ، S4 ، S6 ، S8 ، S10 ، S12 و S14 به 7 میکرومتر و برای S1 ، S3 ، S5 ، S7 ، S9 ، S11 ، S13 و S15 به 9 میکرومتر تنظیم شد. یک لایه پوششی به ضخامت 65 میکرومتر به نمونه اضافه شد. میزان انتقال و بازتابش لایه L15 به ترتیب تقریباً 96 و 0.8 درصد بود. SER های به دست آمده کمتر از 4 * 10-4 بود.

در واقع، نگرانی در مورد مشکل در انباشته شدن بسیاری از لایه های قابل record با ساختار شیار از طریق یک فرایند تولید دیسک نوری چند لایه وجود دارد. با توجه به این موضوع، Pioneer یک سیستم record برای یک دیسک چند لایه با یک لایه راهنمای جداگانه را به عنوان راه حل عملی پیشنهاد کرد. در سال 2011، آنها پیشرفت یک دیسک نوشتن یک لایه چند لایه را متشکل از یک لایه راهنمای جداگانه و لایه های قابل record با 16 صفحه ساخته شده از مواد record کننده انتقال بالا توصیف کردند. شکل 2 طرح کلی مقطع دیسک جدید 16 لایه نوشتن یکبار را نشان می دهد. لایه راهنما دارای ساختار شیاری با مسیر 0.64 میکرومتر است. بنابراین، می توان با استفاده از یک LD قرمز و یک عدسی هدفمند NA 0.60، کیفیت سیگنال کافی از خطای ردیابی فشار کششی را بدست آورد. در نتیجه، امکان تکنیکی این پیشنهاد برای دستیابی به ظرفیت کل 512 گیگابایت با record مداوم تمام 16 لایه record با سرعت آهنگ 0.32 میکرومتر و i-MLSE زیر 12 درصد تأیید شد.

شکل 2. طرح کلی مقطع دیسک جدید 16 بار نوشتن یک بار با لایه راهنما. مواد record لایه های  A و B یکسان هستند.

تکنیک های optical storage چند لایه با طرح پیش لایه می تواند کاندیداهای قدرتمند big data center در سال های آینده باشد. اما، به دلیل اینکه تعداد لایه ها در درجه اول با انتقال هر لایه محدود می شوند، بیشترین ظرفیت دیسک چند لایه حدود 1 ترابایت است. با در نظر گرفتن کارتریج دیسک نوری که دارای همان اندازه نوار مغناطیسی است، می تواند 10 دیسک را در خود جای دهد، محدودیت فناوری ذخیره سازی نوری چند لایه احتمالاً 10 ترابایت / کارتریج است.

HOLOGRAPHIC DATA STORAGE

HDS یک رویکرد volumetric است که اگرچه دهه ها پیش تصور شده است، اما در سه دهه اخیر پیشرفت زیادی داشته است. هولوگرافی نوری امکان record کل اطلاعات (فاز و amplitude) موجود در نور منعکس شده از یک جسم را فراهم می کند. چنین record اطلاعاتی با ذخیره سازی زمینه تداخل امواج جسم ساطع شده و یک موج مرجع منسجم در یک محیط عکس العمل حاصل می شود. این ذخیره سازی ترجیحاً به عنوان تعدیل ضریب شکست در محیط انجام می شود که متناسب با میدان تداخل است و هولوگرام نامیده می شود. شکل 3 این روند را نشان می دهد.موج کروی از یک پیکسل با یک موج صفحه منسجم در پرتو مرجع تداخل می کند. الگوی تداخل حاصل، خصوصیات شکست محیط حساس به نور را تغییر می دهد. خواص ادبیات هوایی با استفاده از پرتوی مرجع اصلی قرائت می شود، که توسط الگوی تداخل ذخیره شده پراکنده می شود تا جلوی موج کروی اصلی را بازسازی کند. تصویری از این پرتو می تواند بر روی یک پیکسل آشکارساز تشکیل شود و در نتیجه یک بیت بازیابی شود.

شکل 3. نحوه ثبت و خواندن داده ها با استفاده از هولوگرام. (a) ذخیره هولوگرافی یک بیت واحد داده. (b) از هولوگرام بخوانید.

برای استفاده از هولوگرافی حجم به عنوان یک فناوری storage ، داده های دیجیتال باید برای record بر روی پرتو شی ثبت شوند و سپس در هنگام بازخوانی از پرتو شی بازسازی شده بازیابی شوند. اگرچه تحقیقات مربوط به HDS از دهه 1960 آغاز شد و از دهه 1970 دنبال شد، اما به دلیل چالش های فنی قابل توجه، از جمله عملکرد ضعیف رسانه ها و کمبود دستگاه های ورودی و خروجی مانند محصولات تجاری، هیچ محصول تجاری از این تلاش ها بیرون نیامد همچون تعدیل کننده های نور فضایی (SLM) و دوربین ها. در اواسط دهه 1990، آژانس برنامه تحقیقات پیشرفته دفاعی (DARPA) ایالات متحده کنسرسیومی از شرکت ها و دانشگاه ها را به رهبری IBM و دانشگاه استنفورد برای توسعه سیستم های ذخیره سازی هولوگرافی با عملکرد بالا تشکیل داد. یک سیستم multiple page fully digital HDS  ایجاد شده است (شکل 4). دستگاه قرار دادن داده ها در سیستم یک SLM است، یک آرایه مسطح متشکل از هزاران پیکسل. هر پیکسل یک شاتر میکروسکوپی مستقل است که می تواند با استفاده از فناوری کریستال مایع یا میکرو آینه نور را مسدود یا عبور دهد. پیکسل های هر دو نوع دستگاه را می توان بیش از 1000 بار در ثانیه refresh کرد، به سیستم holographic storage   اجازه می دهد تا به نرخ داده ورودی 1 گیگابایت در ثانیه برسد. داده ها با استفاده از آرایه ای از پیکسل های detector، مانند دوربین CCD یا آرایه حسگر CMOS خوانده می شوند. پرتوی جسم اغلب از میان لنزهایی عبور می کند که الگوی پیکسل SLM را بر روی آرایه پیکسل خروجی تصویر می کنند. برای به حداکثر رساندن تراکم storage، هولوگرام معمولاً در جایی که پرتو جسم کاملاً متمرکز شده باشد، ثبت می شود. هنگامی که هولوگرام توسط پرتو مرجع بازسازی می شود ، یک کپی ضعیف از پرتوی اصلی شی در امتداد مسیر تصویربرداری به دوربین ادامه می یابد، جایی که می توان خروجی نوری را تشخیص داد و به داده های دیجیتالی تبدیل کرد.

شکل 4. طرح Digital holographic data storage  (HDS).

این سیستم می تواند صفحه داده های رمزگذاری شده را با حدود دو میلیون پیکسل با یک پالس نور ضبط کند. بعلاوه، برای دستیابی به تراکم ذخیره بالا، صدها صفحه داده می توانند در همان مکان در رسانه ها مالتی پلکس شوند.

استراتژی ها تقریباً به سه دسته تقسیم می شوند که توسط آنها هدایت می شوند:Bragg-based، momentum-based و روش های correlation-based.

شکل 5. نمایش optical architectures برای سیستم HDS.

در اواسط دهه 1990، شرکت Inphase Technologies با هدف ایجاد یک رسانه ضبط مناسب همراه با یک درایو عملی قابل اجرا، معماری نوری با پیکربندی نوری خارج از محور را در نظر گرفتند. مالتی پلکسینگ زاویه ای رایج ترین تکنیک در سیستم های هولوگرافی 2 محوره است که از یک پرتو مرجع موج صفحه ساده استفاده می کنند. ظرفیت محصول اول 300 گیگابایت و سرعت انتقال آن 20 مگابایت در ثانیه برای هر دو ضبط و خواندن است. توسط InPhase Technologies و شرکت هیتاچی، معماری monocular پیشنهاد شده است، زیرا با قرار دادن هر دو داده و پرتوهای مرجع از طریق یک لنز واحد، اندازه و پیچیدگی درایو را کاهش می دهد. در معماری، هر دو پرتوی سیگنال و مرجع از لنزهای یک هدف با دیافراگم عددی (NA) 0.85 برای تحقق ضبط زاویه ای چندگانه عبور می کنند. هندسه معماری با سیستم نوری در سیستم BD میل زیادی ایجاد می کند زیرا لنز هدف را می توان به موازات یک محیط هولوگرافیک قرار داد. از طریق مقایسه نتایج تجربی با تئوری، اعتبار معماری نوری تأیید شد و نشان داد که روش معمولی حرکت لنز هدف در سیستم BD برای ضبط زاویه ای چندگانه در دسترس است. تراکم ضبط 1 Tbits / in. 2 که امکان تحقق دیسک 1 ترابایتی را دارد با معماری monocular به دست آمد.

در اوایل دهه 2000، شرکت Optware و تعدادی دیگر در صنعت شروع به توسعه سیستم ها با استفاده از هم خطی HDS کردند. فن آوری های خطی دارای مزایای قابل توجهی در مقایسه با هولوگرافی 2 محوره هستند: عملکرد خوب نوشتن و خواندن، انتخاب تغییر یکنواخت برای هر دو جهت شعاعی و مماسی و تحمل سیستم نسبتاً بزرگ به طور آزمایشی گزارش شده است. علاوه بر این، یک استاندارد صنعتی برای معماری هم خط، استاندارد بین المللی ECMA (انجمن تولیدکنندگان رایانه اروپا) ECMA-375 ، ECMA-377 و ECMA-378 به شرکت Optware اعطا شد. ECMA-377 اولین استاندارد برای کارتریج های قابل ضبط هولوگرافی دیسک همه کاره (HVD) با ظرفیت 200 گیگابایت در هر دیسک است. ECMA-378 اولین استاندارد برای دیسک چند منظوره هولوگرافی حافظه فقط خواندنی (HVD-ROM) با ظرفیت 100 گیگابایت در هر دیسک است.

روش ذخیره میکرو هولوگرافی سازش ارائه می دهد که مزایای فناوری CD / DVD بیتی گرا و ضبط صدای هولوگرافیک را ترکیبی می کند. بر روی دیسک میکرو هولوگرافی، ساختار زمینی CD یا DVD با توری های میکروسکوپی جایگزین می شود. این “ریزگردها” از نظر هولوگرافی در ناحیه کانونی دو پرتوی لیزر ضد شمارنده، بسیار متمرکز القا می شوند: یک پرتو به لایه حساس به نور متمرکز شده و به عقب بازتاب می شود (شکل 5). الگوی تداخل حادثه و پرتوی منعکس شده در یک مدولاسیون شبه مانند از ضریب شکست محیط ذخیره سازی. این بازتاب دیسک برای نور که شرایط Bragg را از مشبک ها برآورده می کند متنوع است. برای بازیابی اطلاعات ذخیره شده، پرتوی اصلی سیگنال با بازتاب تابش خوانده شده در شبکه ها بازسازی می شود. رویکرد میکرو هولوگرافی از بعد سوم به نحو مطلوبی استفاده می کند در حالی که طراحی سیستم نوری بسیار شبیه به درایو نوری استاندارد است. ضبط چند لایه متکی به یک مدولاسیون حجمی حجمی ریزگردها است در حالی که چندین لایه داده با حرکت confocal ساده به اعماق مختلف لایه photopolymer خطاب می شوند. از آنجا که photopolymer ها به طور گسترده ای شفاف هستند، تعداد لایه های میکرو هولوگرافی می تواند بسیار زیاد شود.

در استاتیک و خطی – پویا ، Orlic و همکاران، تراکم داده های منطقه ای 15 بیت / μm2 و ضبط چند لایه با تعداد کل 75 لایه با فاصله 4 میکرومتر در یک photopolymer ضخامت 300 میکرومتر را نشان میدهد. حتی در فواصل نقطه ای کوتاهتر از طول موج، ریزگردها به طور واضح قابل تشخیص هستند اما دید ضعیف تر می شود.

این واقعیت نشان می دهد که سرعت پایین انتقال اطلاعات یک مشکل ذاتی در microhologram ها است. بعلاوه، بازتاب یک microhologram به طور کلی بسیار کمتر از دیسکهای نوری فعلی است. بنابراین، SNR پایین مشکل دیگری است که با microhologram رخ می دهد. توسعه موفقیت آمیز microholographic storage  نیز به توسعه یک درایو HDS قوی و قالب داده متکی است. با این حال، تحقق اولین دیسک و سیستم درایو یک چالش بزرگ است زیرا تقریباً همه جزئیات تنظیمات باید با عملکرد پویا سازگار شود.

HDS یک رویکرد حجمی است، اما ظرفیت ذخیره سازی آن به شدت محدود است. با فرض یک isotropic media  با ضریب شکست n0 و طول موج ضبط λ، بالاترین فرکانس گریتینگ قابل ثبت λ / (2n0) است. تعداد (n) اجزای متعامد فوریه که می توانند در یک مکعب سه بعدی با اندازه L و حجم V ذخیره شوند.

یک دیسک holographic با ضخامت کل 1.5 میلی متر، ضخامت واقعی رسانه ضبط بیش از 0.5 میلی متر و ظرفیت بالقوه آن بیش از 4 ترابایت نیست. بنابراین، بیشترین ظرفیت یک دیسک holographic  40 ترابایت / کارتریج است.

SPIN-BASED OPTICAL DATA STORAGE

در سال های اخیر، توسعه فناوری optical storage  با وضوح فوق العاده توجه بیشتری را به خود جلب کرده است. optical data storage مبتنی بر SPIN، که از یک روش تصویربرداری پهنای محدود الهام گرفته شده است.

ضبط فوق العاده حل شده برخلاف تکنیک متعارف، روش SPIN با یک روش دو پرتو به دست می آید، با این حال رفتار هر پرتو هنوز توسط diffraction اداره می شود. به طور معمول، دو پرتو در فرکانسهای مختلف کار می کنند، که برای انجام عکس العمل های شیمیایی / فیزیکی در منطقه کانونی متمرکز شده اند. یکی از دو پرتویی که به آن پرتو القایی (induction beam) (IDB) با شکل Gaussian گفته می شود، مسئول عکسبرداری است که معمولاً با فرآیند جذب عکس آغاز می شود. دیگری، که پرتو مهار (inhibition beam)(IHB) نامیده می شود، نیاز به یک تعدیل فضایی برای ایجاد یک نقطه کانونی توخالی (با شدت نور صفر در مرکز) دارد که معمولاً یک پرتو دونات شکل برای جلوگیری از القای عکس در منطقه کانونی است اما در مرکز آن (شکل 6). بر این اساس، یک نقطه کانونی موثر قابل تنظیم برای اندازه، می تواند با superposition  دو beam و تغییر نسبت شدت بین دو beam حاصل شود.

شکل 6. پیش بینی حداکثر ظرفیتی که یک دیسک می تواند به عنوان تابعی از اندازه ویژگی بیت های ضبط شده نگه دارد. این حفره ها توانایی SPIN در شکستن سد پراش و دستیابی به ضبط با وضوح فوق العاده / لیتوگرافی را نشان می دهند. مطلب برتر: مقایسه ضبط مستقیم لیزر و ضبط با وضوح فوق العاده با استفاده از روش های SPIN. قسمت پایین: مقایسه لیتوگرافی لیزر معمولی و لیتوگرافی با وضوح فوق العاده.

مزیت far-field optics این است که امکان ضبط سه بعدی را فراهم می کند. این امر با جذب دو فوتونی یا غیرخطی فوتونی آغازگرهای نوری در فریزرین برای شروع polymerization حاصل می شود. در مقایسه با عکسبرداری تک فوتونی، فرآیند دو فوتونی به IDB اجازه می دهد تا با نفوذ عمیق به photoresin ، polymerization  را در یک حجم آغاز کند. در این حالت، یک IDB پالسی برای اجرای عکس مورد نیاز است، که می تواند قدرت اوج زیادی برای افزایش جذب عکس دو فوتونی فراهم کند. برای داشتن یک مقطع نسبتاً بزرگ جذب دو فوتونی و حتی ویژگی مکانیکی بهتر برای پشتیبانی از ساختارهای سه بعدی، نیاز به اصلاح مجدد photoresin است. فناوری SPIN با اندازه ویژگی 9 نانومتر و وضوح دو خطه 52 نانومتری توسط Gu’s team   سه سال پیش گزارش شده است (شکل 7).

شکل 7. (a) نمایش شماتیک کاهش اندازه ویژگی در لیتوگرافی پرتوی نوری تک پرتو با کاهش دوز انرژی IDB به آستانه درجه پلیمریزاسیون photoresin. (b) اندازه ویژگی در برابر دوز انرژی IDB برای resin جدید بدون IHB در آزمایش. C)) نمایش شماتیک کاهش اندازه ویژگی در لیتوگرافی پرتو نوری دو پرتو با افزایش شدت IHB. (d) اندازه ویژگی خطوط ایستاده در برابر شدت IHB، در معرض IDB با دوزهای مختلف انرژی. تصاویر درج شده ، تصاویر SEM از نقاط A ، B ، C ، D و E را با نوار مقیاس 100 نانومتر نشان می دهد.

اخیراً، اصل روش نوشتن / خواندن موازی ذخیره سازی مبتنی بر SPIN با استفاده از دستکاری فاز دقیق با کمک تعدیل کننده های نور فضایی ارائه شده است (شکل 8).این ویژگی جدید نه تنها بیت های ضبط شده سه بعدی با اندازه ویژگی یکنواخت در ده ها نانومتر را امکان پذیر می کند، بلکه همچنین می تواند به میزان 2 مرتبه سرعت داده را به سمت گیگابیت بر ثانیه بهبود بخشد. این روش زمینه را برای توسعه ذخیره سازی پایدار داده های بزرگ فراهم می کند که توسط photonic ها فعال شده است.

شکل 8. nanoscopy موازی برای ظرفیت فوق العاده بالا و ضبط نوری فوق سریع. (a) طرح روش مدولاسیون فاز با کمک دو SLM هماهنگ شده. (b) تصویربرداری از آرایه های چند کانونی فوق حل شده 3D از طریق تکثیر جفت های نقطه کانونی Gaussian و (c) دونات در منطقه کانونی با هم تداخل دارند.

با این حال، تبدیل این اصل هیجان انگیز به یک سیستم ذخیره سازی واقعی یک چالش بزرگ است. اولین روش خواندن است. اگرچه می توان تصور کرد که روش خواندن نیز مبتنی بر فناوری STED است، اما مقالات مربوطه هنوز یافت نشده است. دوم تکنیک servo است. نه به عنوان فناوری تصویربرداری میکروسکوپی، دیسکهای نوری در big data center باید بسیار سریع، حداقل با سرعت 10m / s خوانده شوند. اگرچه سیستم servo با ردیاب های ربع می تواند از نظر نظری به وضوح زیر نانو برسد(همان روش مورد استفاده در AFM، شکل 9 را ببینید)، کار پایدار در سیستم optical storage با سرعت چرخش بالا بسیار دشوار است. یافتن مواد مناسب کار مهم دیگری است. این پایگاه برای تحقق بخشیدن به ذخیره سازی SPIN و بازخوانی STED، ایجاد سرعت پاسخ به اندازه کافی سریع، تضمین طولانی مدت، اطمینان از ضعیف نشدن سیگنال بازخوانی است. فناوری مناسب لیزر fs نیز یک چالش است. فرکانس تکرار باید بسیار زیاد باشد، و انرژی یک پالس باید به اندازه کافی بزرگ باشد. علاوه بر این، سیستم لیزر باید کوچک شود. سرانجام، برای افزایش تراکم ذخیره سازی به طور پیوسته، فناوری ذخیره سازی چند لایه SPIN نیز مسئله مهمی است. می توان انتظار داشت که در آینده، ظرفیت های 10 ترابایت / دیسک و 100 ترابایت / کارتریج بدست آید.

شکل 9. Quadrant detectors  برای وضوح زیر نانو که در AFM استفاده می شود.

نتیجه گیری ها

با هدف فناوری Tape مغناطیسی 100 ترابایت / دیسک، چگونگی بهبود تراکم ذخیره سازی ذخیره نوری هنوز یک چالش بزرگ است. تکنیک های optical storage چند لایه می توانند کاندیداهای قدرتمند big data center  در سال های آینده باشند. با توجه به اینکه تعداد لایه ها در درجه اول با انتقال هر لایه محدود می شود، بزرگترین ظرفیت دیسک چند لایه حدود 1 ترابایت / دیسک و 10 ترابایت / کارتریج است. HDS یک رویکرد volumetric است، اما ظرفیت ذخیره سازی آن به شدت محدود می شود. بیشترین ظرفیت آن 40 ترابایت در کارتریج است. می توان انتظار داشت که در آینده ظرفیت های 10 ترابایت / دیسک و 100 ترابایت / کارتریج برای فناوری SPIN بدست آید. از همه مهمتر، به دلیل شکستن حد پراش نور، فناوری SPIN دریچه ای را برای بهبود ظرفیت ذخیره سازی نوری به طور مرتب باز می کند تا نیاز توسعه big data center را برآورده کند.