传统存储设备终将损坏,而微软的 Project Silica 项目提供了一种超前的解决方案:利用激光将数据写入超薄玻璃片。该项目自 2019 年启动研发,如今距离实际应用可能比预期更近。

激光蚀刻与廉价玻璃的突破

Project Silica 的核心原理是利用超快激光器向玻璃内部发射短脉冲,形成被称为“体素”(voxels)的微观三维点阵。这些体素位于玻璃内部而非表面,使得数百个体素能以像素级宽度堆叠,整块玻璃板厚度仅约 2 毫米。

生成体素主要有两种方式:一是通过改变光线穿过每个点的特性,仅需单次激光脉冲;二是雕刻出微小的拉伸空隙,每个空隙容纳多个比特位,从而提升存储容量。随后,相机系统逐层拍摄体素,并由专门设计的神经网络解析数据含义。针对单脉冲体素在三维空间中的模糊重叠效应,微软采用机器学习模型进行处理。最新的读取设备仅需一个摄像头,相比此前的三到四个摄像头,体积更小且成本更低。

早期版本仅适用于制造困难且昂贵的熔融石英。研发团队随后 breakthrough 地采用了硼硅酸盐玻璃——即常见的厨房炊具(如 Pyrex)和烤箱门材质。这一转变大幅降低了介质成本,解决了商业化的关键障碍。微软表示,该技术突破了并行高速写入的科学瓶颈,并通过加速老化测试表明,数据在至少 10,000 年内应保持完整。

万年耐久性与不可变特性

验证 10,000 年的寿命显然无法通过实时等待完成。微软采用加速老化测试,即在实验室中对玻璃施加压力以观察其耐用性,进而推算长期结果。研究显示,数据在室温下应能稳定存在超过 10,000 年。

此外,Project Silica 表现出极强的物理耐受性。早在 2019 年的测试中,石英玻璃在沸水、钢丝球摩擦及微波炉环境中均未受损,具备防水、耐热和防尘特性。

该项目研究主管理查德·布莱克(Richard Black)指出,Silica 写入的数据是“不可变”的。原型图书馆通过单向路径机制强制执行这一特性,确保玻璃片一旦写入便无法被覆盖或修改。若需删除数据,必须将玻璃粉碎成微观碎片。这种特性使其非常适合数据归档,但不适用于需要后续编辑的场景。

速度瓶颈与研究现状

在写入速度方面,Project Silica 并不占优。测试显示,使用四束激光写入时,速度介于每秒 18.4 至 65.9 兆比特(约 8MB/s)之间。相比之下,高端 PCIe 5.0 NVMe SSD 的速度可超过 10,000MB/s。此前,微软曾将 1978 年的《超人》电影存储在一张占用 75.6GB 空间的玻璃片上,其实用性在当前看来依然有限。

因此,短期内玻璃存储无法替代 NVMe 固态硬盘用于日常计算。微软对该项目进行了多年研究,近期发布的最后一篇论文暗示,基于玻璃的存储研究已暂时告一段落。尽管未能立即走向大众消费级市场,但其研究成果已为未来的长期存储技术奠定了基础。