大数据时代，信息存储已成为首先解决问题，全息光存储借助激光成为龙头

“光有速度，也有容量。”福建师范大学唐小娣教授在2020福州光电产业论坛上的演讲中说。作为“新基建”的提出，建设5G等新基建数据中心、人工智能和工业互联网加速发展，数据成为新基建的核心要素。现在让我们来了解一下大数据时代的光存储技术。

人类已经进入大数据时代，大数据的低成本、超长期存储已成为当今网络信息产业的一大必需品。将发挥重要作用。大数据科学严重依赖全球数据。更大、更复杂的数据集是各种相关性分析和知识提取的基础，需要长期准备各种数据。

高密度、长寿命的光存储器满足下一代信息技术产业、新材料制造等新兴战略领域的总体需求。高密度存储满足了新一代信息技术对大规模数据存储和低成本维护的需求，相当于高密度、长寿命光存储的存储介质将为新材料的发展带来行业。

大数据时代的数据有多大？

根据 IDC 企业外部存储季度市场观察，到 2020 年全球数据总量将达到 40 ZB（ZB = 1012 B），其中 80% 将仅保留，很少读取。并且使用了所谓的“冷数据”，这个数据的大小可以通过简单的计算来理解。如果将这些冷数据存储在 1TB 的硬盘上，则需要 320 亿个这样的硬盘，而这些硬盘（26mm 厚）可以绕地球运行 20 多圈。

有可能随着对数据存储的这种需求，随着数据中心对存储容量的需求猛增，对更高存储密度的需求也将增加。

有哪些数据存储选项？

目前，数据中心的主要存储介质仍然是磁存储机制，主要产品是硬盘和磁带。该技术不仅寿命有限（磁盘 5 年，磁带 10 年），而且数据存储在磁盘上的二维平面中，存储密度（735 Gb/in2）正在逼近。他们的技术的理论极限。

另一方面，以闪存为代表的固态存储技术虽然应用扩展领域广泛，但也面临着存储密度有限（550Gbps）的问题，而且该技术也有擦除和写入。有限的。 .它也不适合长期、低成本的冷库。

随着数据存储需求的不断增加，数据中心的能耗也在不断增加。在谷歌数据中心，能源消耗超过了维护和管理成本的 50%。公司开始建设自己的发电厂，利用自己的生产来降低用电成本。根据 McKense Corporation 的一份报告，到 2020 年，数据中心行业将成为温室气体排放的主要贡献者。因此，通过数据存储降低能耗也是运营和管理大型数据中心的主要目标之一。

优缺点，以及光驱的发展

Facebook对现代存储技术的比较研究表明，光存储在长期数据存储成本和功耗方面的优势最大，并已开始使用蓝光光盘（BD，Blu-ray Discs）将冷数据存储在您的计算机上。电脑。自己的日期。 ，从而产生重大影响，将成本降低多达 50%，能源消耗降低多达 80%。

CD、DVD、BD等光盘存储设备是利用盘面局部点反射或不反射的激光来读取二进制0或1的数据，通过改变其局部点的反射或不反射状态来实现材料的物理性质，而这种物理性质的改变也必须通过物理手段来实现，即使在锁定状态下也不会丢失信息。因此，与其他归档方式相比，光学归档具有节能、归档时间长等优点。

光盘历经了三代 CD、DVD 和 BD，并且它们的记录密度不断增加。这种增加密度的方法是通过减小光盘上的光聚焦区域的大小来实现的。如图所示。 1、三张光盘的容量分别为0.7、4.7、25GB；光点 (S) 的直径为 2.11、1.32 和 0.58 m。为了缩小这个亮区，用于聚焦亮区的镜头的数值孔径（NA）也增加了，接近极限（1）；光的波长（λ）随着接近紫外极限而变得越来越短，因此光会聚点的偏差减小，表面保护层（t）也变薄。可以说，由于光学系统的衍射极限，这种基于光盘表面二维点阵排列的传统光盘技术的记录密度（25Gbps）也达到了理论极限。 .

为了增加光盘的容量，日本的BD厂商一直在致力于BD。为了在多层方向上扩展BD的二维存储空间，已经进行了多项研究。虽然索尼和松下等公司已经向存储市场推出了 4 层 (100GB) 和 6 层 (150GB) 产品，但它们也在充分利用 TDK Labs。 16 级搜索结果。相信随着多层技术的不断发展，BD产品的存储容量将不断增加和提高。

由于光盘容量有限，光盘读取速度不足，数据中心使用光盘也必须纳入当前的存储技术，以实现自给自足。 - 称为“光盘库”。在国内，也有企业和高校开发的产品，可以充分解决目前光盘性能低下的问题，实现高存储容量和高速数据传输能力。

传统的多层光盘技术虽然可以增加光盘的存储容量，但随着层数的增加，也导致在读写操作中放大器的控制困难。此外，每个级别都是相互独立的，改进的范围也有限。考虑到未来对大数据存储的需求，需要进一步发展更高密度和更高数据传输率的存储技术。

全息光存储技术，光存储器的未来

50 年前，全息光存储器被称为一种高速、高密度的存储方法。通过全息技术记录和再现信息。

空间光调制器 (SLM) 将信息转换为称为“物体光”（也称为信息光）的光束，并使用透镜将光束聚焦到全息图上。另一束“参考光”正在干扰，正在检测干扰边缘。 B 参考光束的方向允许不同的信息存储在全息介质的相同位置。可以进行高密度归档。在回放期间，当参考光在拍摄角度内时，根据布拉格模式再现记录信息的光。随着再现光通过透镜，可以重构空间光调制器图像以实现再现信息。这种全息存储方式常被称为“双光束全息光存储”。

与传统的光盘数据存储方式相比，全息光存储的3D空间传感和2D数据传输方式具有密度高（1mm厚理论值：10TB/in2）和高速（取决于转换光电元件）。不是技术本身）。

全息光存储器的研究始于 1960 年代。 1980年代和1990年代，美国的国家项目也考虑全息光存储技术。主要代表是来自加州理工学院、斯坦福大学和 IBM Corporation Vent 的研究小组。当时最重要的记录材料是可重写存储光折变晶体和保存至今的全息存储材料。