大數(shù)據(jù)提振光存儲

馬文方

互聯(lián)網(wǎng)與云存儲已在很大程度上改變了用戶觀看視頻和存儲數(shù)據(jù)的方式，

也讓由DVD光驅(qū)等支撐起來的光存儲市場陷入低迷。

然而在大數(shù)據(jù)時代，對大數(shù)據(jù)安全、低耗能、長期存儲的苛刻要求，為光存儲帶來了新的希望。

現(xiàn)有主流的存儲技術(shù)難以滿足大數(shù)據(jù)時代對海量數(shù)據(jù)長期、安全、高效存儲的要求。 這是4月23日在國家信息中心舉辦的“第三屆大容量光存儲技術(shù)研討會暨中國大數(shù)據(jù)光存儲產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)起大會”上與會專家的共識。

大數(shù)據(jù)讓光存儲重新發(fā)光

以硬盤和磁帶為代表的磁存儲技術(shù)，由于存儲速度快、存儲量大和使用方便，成為當今主流的存儲技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心乃至企業(yè)中。

但在極端的應(yīng)用場景下，磁存儲技術(shù)的優(yōu)勢可能不復(fù)存在。而這種極端場景將伴隨大數(shù)據(jù)而來。根據(jù)IDC的預(yù)測，全球數(shù)據(jù)總量在2011年便達到1.8ZB（1021 字節(jié)），并以每兩年翻番的速度發(fā)展，到2020年將達到35ZB。

談及大數(shù)據(jù)時代對存儲的挑戰(zhàn)，人們往往想到的是爆炸性增長的數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)格式的多樣化，卻往往忽視了數(shù)據(jù)長期存儲給現(xiàn)有存儲技術(shù)帶來的挑戰(zhàn)。

中科院院士干福熹在研討會上表示：“大數(shù)據(jù)時代存儲面臨的第一個挑戰(zhàn)是如何對數(shù)據(jù)進行安全保存，即數(shù)據(jù)在存儲后不能被篡改，而目前的磁存儲技術(shù)無法滿足數(shù)據(jù)安全保存的要求；第二個挑戰(zhàn)是現(xiàn)有的存儲技術(shù)能耗很大；第三個挑戰(zhàn)是數(shù)據(jù)要長期保存，很多數(shù)據(jù)要求保存50年甚至上百年，而現(xiàn)有的商用硬盤壽命不超過10年?！?/p>

今年2月，F(xiàn)acebook宣布將采用藍光光盤庫建設(shè)冷數(shù)據(jù)中心，將PB級數(shù)據(jù)存入單一機柜的系統(tǒng)之中，數(shù)據(jù)保存時間長達50年。從此，人們又開始重新審視光存儲技術(shù)。

干福熹認為，光存儲的主要優(yōu)勢有三個：一是基盤由堅固、耐久的材料制成；二是光存儲的非易失性；三是可長期保存。光存儲技術(shù)發(fā)展至今，其安全、能耗低、壽命長和單介質(zhì)數(shù)據(jù)容量增加快的特點，使之在大數(shù)據(jù)時代滿足對數(shù)據(jù)長期、安全、高效存儲需求上具有獨特的優(yōu)勢。

但是，光存儲技術(shù)本身首先必須擺脫光學(xué)衍射極限的束縛。所謂衍射極限，通俗地說，就是光學(xué)分辨率受光波長的限制，并與之成反比。因此藍光光盤備受關(guān)注，因為藍光波長更短，分辨率更高，光盤中兩個信息點的距離更近，可以在一張盤片上存儲較多數(shù)據(jù)。

但值得注意的是，從DVD容量的幾GB到藍光DVD容量的幾十GB，存儲容量僅提高了1個數(shù)量級。而從1GB到1PB（1015 字節(jié)），相差6個數(shù)量級。顯然，只有突破衍射極限才能實現(xiàn)光存儲密度的大幅提升。

澳大利亞科學(xué)院院士顧敏介紹，他與其研究團隊采用雙光束激光全息技術(shù)，在突破衍射極限方面取得了顯著的進展。他們采用玻璃作為基材，將超穩(wěn)定、超高密度的存儲介質(zhì)密封在玻璃基片中，從而使得光盤的數(shù)據(jù)存儲壽命延長到50～150年。

“我們計劃在3到5年內(nèi)完成單片容量為100GB～1TB（1012 字節(jié)）光盤的實用化研發(fā)?！鳖櫭粽f。

院士聯(lián)名提振光存儲

鑒于新一代光存儲技術(shù)發(fā)展在大數(shù)據(jù)時代的重大意義，國家信息中心和中科院上海光機所聯(lián)合發(fā)起，干福熹院士牽頭與20位院士聯(lián)名提出了《迎接大數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)，開展我國安全、節(jié)能、長壽命和高密度信息存儲技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用》（簡稱《院士建議書》）的建議。這21位院士中，有10位來自中科院信息學(xué)部，3位來自數(shù)理學(xué)部，5位來自中國工程院信息與電子工程學(xué)部，還有來自海外的澳大利亞科學(xué)院院士顧敏和美國工程院院士張翔。

干福熹院士在大會演講中介紹，《院士建議書》建議基于《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006～2020年）》，站在國家戰(zhàn)略高度，充分發(fā)揮中國集中力量辦大事的優(yōu)越性，果斷決策，進行前瞻性總體部署，由財政部設(shè)立專項基金，盡快啟動“大數(shù)據(jù)光存儲研發(fā)與應(yīng)用”國家科技專項計劃。

就國家科技專項計劃實施，《院士建議書》提出三點建議：一是進行產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)研究，集中優(yōu)勢力量，解決幾個關(guān)鍵核心技術(shù)；二是進行工程化開發(fā)，集中研發(fā)關(guān)鍵設(shè)備、工藝、數(shù)據(jù)存儲中心管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)；三是以建設(shè)“中國大數(shù)據(jù)冷庫示范工程”為抓手，進行產(chǎn)業(yè)化示范、推廣和大規(guī)模應(yīng)用，推動現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)升級。

《院士建議書》建議分三期來完成轉(zhuǎn)型計劃：第一期，以國內(nèi)已掌握的技術(shù)為基礎(chǔ)，盡快掌握單片容量為100GB的光盤、光驅(qū)，以及容量為1PB的光盤庫與數(shù)據(jù)中心技術(shù)，并實現(xiàn)示范應(yīng)用；第二期，掌握單片1TB的光盤、光驅(qū)，以及容量超過100PB的光盤庫與數(shù)據(jù)中心技術(shù)，并實現(xiàn)示范運用；第三期，掌握單片10TB的光盤、光驅(qū)，以及容量超過10EB（1018 字節(jié)）的巨量光盤庫與數(shù)據(jù)中心技術(shù)。

為了響應(yīng)《院士建議書》，并抓住新一代光存儲技術(shù)帶來的發(fā)展機遇，國家信息中心、武漢高科國有控股集團、中國華錄松下、中科院上海光機所、清華大學(xué)光盤國家工程研究中心、華中科大武漢光電國家實驗室、中國電子視像行業(yè)協(xié)會、中國高清光盤產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，聯(lián)合發(fā)起共建“中國大數(shù)據(jù)光存儲產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”倡議。

這8家發(fā)起單位決定，聯(lián)合一切可以聯(lián)合的產(chǎn)學(xué)研力量，共同推動大容量光存儲技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，共同推動“中國大數(shù)據(jù)冷庫示范工程”項目建設(shè)，共同推動“光谷大數(shù)據(jù)港”和“大數(shù)據(jù)光存儲產(chǎn)業(yè)園區(qū)”建設(shè)，共同推動融合磁光電存儲技術(shù)的現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)發(fā)展，共同推動中國信息化建設(shè)的進步。

需求與挑戰(zhàn)

十多年前，VCD和DVD的普及，成就了我國的光存儲產(chǎn)業(yè)。如同蘋果的iPod對唱片工業(yè)帶來的巨大沖擊，互聯(lián)網(wǎng)的普及，特別是云存儲的興起，對光存儲市場帶來很大的沖擊，光存儲產(chǎn)業(yè)發(fā)展陷入低谷。

大數(shù)據(jù)帶來了一個有別于以往的市場?！肮獯鎯Φ氖袌銮熬霸谟跀?shù)據(jù)中心、檔案系統(tǒng)等的數(shù)據(jù)存儲，它要求數(shù)據(jù)的完整真實和長期可讀。它是大數(shù)據(jù)技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)之一?！?清華大學(xué)光盤國家工程中心教授潘龍法認為。

應(yīng)該看到，我國光存儲產(chǎn)業(yè)在過去十多年間進行了大量的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化實踐，為沖擊新一代光存儲技術(shù)打下了良好的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。

Facebook的藍光光盤庫采用的就是蘇州互盟信息存儲技術(shù)有限公司的PB級藍光光盤庫產(chǎn)品。

而據(jù)中科院上海精密光學(xué)機械研究所研究員王陽介紹，他們已經(jīng)研發(fā)了100GB可錄式超分辨率光盤的核心技術(shù)，其中包括薄膜材料和光盤技術(shù)，并積累多項技術(shù)專利。

大數(shù)據(jù)時代對數(shù)據(jù)長期安全存儲的需求，造就的是新的企業(yè)級市場，而非個人消費市場。新的需求必定帶來新的挑戰(zhàn)。

華中科技大學(xué)武漢光電國家實驗室教授謝長生表示，未來光盤庫建設(shè)應(yīng)注意四個問題：一是機電系統(tǒng)的壽命問題，玻璃光盤壽命超過百年，但光驅(qū)壽命有限，如果光驅(qū)市場需求不高，光驅(qū)企業(yè)如何生存？二是兼容性問題，在光盤50年的生命周期里，可能會出現(xiàn)10代以上光盤格式，該如何實現(xiàn)完全兼容；三是協(xié)議一致性問題，現(xiàn)在用戶數(shù)據(jù)放在光盤里，有些元數(shù)據(jù)卻放在服務(wù)器中，元數(shù)據(jù)一旦丟失，光盤數(shù)據(jù)則無法讀出；四是相關(guān)軟件，如光盤庫系統(tǒng)管理軟件，數(shù)據(jù)備份和歸檔協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件，磁光電混合的熱數(shù)據(jù)、溫數(shù)據(jù)、冷數(shù)據(jù)調(diào)度管理軟件，光盤庫數(shù)據(jù)管理與快速查詢軟件等的發(fā)展問題。

展望光存儲技術(shù)的發(fā)展，顧敏認為，光存儲陣列技術(shù)具有“5個超”，即EB級別的超大容量、節(jié)省超過99%能耗的超高節(jié)能、超高安全性、長達100～1000年的超長壽命和超高的數(shù)據(jù)吞吐能力。endprint