微软玻璃存储技术来了：巴掌大小存200万本书，数据寿命超1万年
2023年7月20日，《Nature》期刊发表了一项突破性研究——微软研究院展示了其Silica玻璃存储系统。简而言之，这项技术将数字信息写入普通玻璃中，并能够高效读取。测试结果令人震撼：一块巴掌大小的玻璃片，可存储约200万本书的内容，且数据能稳定保存超过1万年。
目前广泛使用的磁带和硬盘，随着时间的推移会出现老化现象，在长期数字归档方面表现不佳。政府、科研机构、企业及文化组织对可靠、持久存储的需求日益迫切。微软选择玻璃作为存储介质，正是看中了其卓越的耐久性。
技术原理：飞秒激光在玻璃内部写入数据
Silica系统的核心机制是利用飞秒激光（10⁻¹⁵秒级的超短脉冲）在透明玻璃内部制造微小但永久性的结构变化。当激光聚焦到玻璃内部特定位置时，会产生强电场，改变该点的分子结构，而周围材料不受影响。
每个被改性的微小点称为体素（voxel），即三维像素。与传统仅在表面存储数据的方式不同，体素支持数据在玻璃内部以数百层立体形式写入，从而大幅提升存储密度。
并非首创，但微软此次实现了关键突破
飞秒激光写入玻璃的技术并非全新概念。早在1990年代，哈佛大学Eric Mazur团队就展示了类似技术；2014年，南安普顿大学Peter Kazansky团队在石英玻璃中实现了“看似无限寿命”的长期存储。
微软Silica的突破在于首次构建了完整的归档存储系统——涵盖数据编码、写入、读取、解码及纠错的全流程。此外，团队对写入速度、存储密度、能效、可靠性和长期耐久性进行了系统性测试，实现了真正的工程化落地。
另一重大进展是采用普通硼硅玻璃替代早期研究中的石英玻璃。硼硅玻璃成本低廉、来源广泛，常见于实验室器皿和厨房炊具，且能耐受高温和剧烈温差。研究团队表示，这一材料选择直接消除了商业化的两大障碍：成本降低和介质易得。
系统参数：301层数据存储，容量达4.8TB，单相机即可读取
具体参数方面，系统在120毫米×120毫米×2毫米的玻璃片内写入了301层数据，每片最高存储容量达4.8TB。读取系统从早期需要三到四台相机，简化至仅需一台，大幅降低了成本和体积。写入系统也经过重新设计，零件更少，制造、校准和操作更为简便。
研究描述了两种数据写入方式。第一种是激光驱动的“微爆炸”法，在玻璃内部制造细长空隙结构，存储密度达到每立方毫米1.59Gb。第二种是通过改变玻璃局部折射率来写入数据，不产生空隙，同等体积下存储容量略低，但写入速度更快、能耗更低。
第二种方法的写入速度约为每秒65.9Mb。研究人员指出，可通过多束激光同时写入进一步提升速度。当前系统每束激光的整体写入速度为每秒25.6Mb，主要受限于激光脉冲发射频率。
数据寿命：超过1万年，远超传统磁带与硬盘
为评估数据寿命，团队进行了加速老化实验，将材料暴露于高温等严苛条件下，以推算正常环境中的长期表现。他们还专门针对硼硅玻璃开发了新的老化测试方法。结果显示，两种写入方式存储的数据均可稳定保持超过1万年。
这一预期寿命远超现有磁带和硬盘。研究团队总结道，结合耐用且广泛可得的材料，以及完整的写入、存储和读取系统，玻璃完全有潜力成为长期数字归档的实用介质。尽管从实验室到商业化仍有距离，但发展方向已明确。
