“超大容量光盤”取得突破進展，上海光機所最新研究登上《Nature》雜志

界面新聞記者 | 佘曉晨界面新聞編輯 | 宋佳楠數據爆炸的時代，如何存儲海量數據是模型訓練之外的又一個巨大挑戰。近日，中國科學家在超大容量超分辨三維光存儲研究中取得了突破性進展。中國科學院上海光學精密機械研究所（以下簡稱“上海光機所”）與上海理工大學等科研單位合作，在國際上首次完成雙光束超分辨三維光存儲的原理和實驗驗證。具體來說，是實現了點尺寸為54nm、道間距為70nm的超分辨數據存儲，并完成了100層的多層記錄，單盤等效容量達Pb量級（相當于1000個Tb）。2月22日，相關研究成果在《自然》（Nature）雜志發表。 光盤實物照片。圖片來源：《Nature》這意味著，原本需要用數據中心的一個機柜存儲的數據，可以“存放”到一張光盤中。論文審稿人評價稱，“與現有其它技術相比，該技術在性能方面提供了最高的光存儲面密度”，還表示研究成果可能會帶來數據中心檔案數據存儲的突破，解決大容量和節能的存儲技術難題。數據存儲的常見介質包括移動硬盤、固態硬盤（SSD）、光盤、磁帶等，目前數據中心主要采用磁存儲和半導體存儲方式。論文通訊作者之一、上海光機所阮昊研究員解釋稱，如今需要存儲的數據中，80%屬于不經常訪問的“冷數據”，半導體存儲更適合“熱數據”的存儲，需要嚴格的存儲條件和較高的成本。而光存儲技術具有綠色節能、安全可靠、壽命長等優勢（達50到100年），適合長期低成本存儲海量數據。不過，受限于衍射極限，傳統商用光盤的最大容量僅在百GB量級。1994年德國科學家Stefan W. Hell教授提出受激輻射損耗顯微技術，首次在成像領域證明了光學衍射極限能夠被打破，并在2014年獲得諾貝爾化學獎。經過20多年的發展，顯微成像、激光納米直寫等多個領域實現了光學超分辨成果，信息的超分辨寫入已經得到了解決。但在超分辨的信息“讀出”方面，傳統染料在聚集狀態下極易發生熒光猝滅，造成信息的丟失，納米尺度下還有被背景噪聲湮沒的難題，限制了超分辨技術在光存儲領域中的應用。因此，突破上述限制、縮小信息點尺寸、提高單盤存儲容量，成為光存儲領域研究人員多年來的努力方向。據界面新聞了解，從上世紀80年代開始，上海光機所干福熹院士就開創了我國數字光盤存儲技術的研究，其研究團隊一直深耕光存儲領域。在取得此次進展之前，上述論文的研究團隊堅持了長達7年的研究，最終利用國際首創的雙光束調控聚集誘導發光超分辨光存儲技術，實驗上首次在信息寫入和讀出均突破了衍射極限的限制。經老化加速測試，光盤介質壽命大于40年，加速重復讀取后熒光對比度仍高達20.5：1。 這是國際上首次實現Pb量級的超大容量光存儲。 Pb級光盤制備及讀寫方式示意圖。圖片來源：《Nature》生成式人工智能爆發后，全球數據存儲的需求激增。去年12月15日，國家數據局起草的《“數據要素×”三年行動計劃（2024-2026年）（征求意見稿）》提出，支持開展通用人工智能大模型和垂直領域人工智能大模型訓練。中商產業研究院的報告也顯示，2021年我國數據存儲行業的市場規模增長至5983.44億元，2022年約為6400億元。而該超大容量超分辨光盤的成功研制，有助于數據存儲領域的核心技術突破，對滿足信息產業領域的需求有長遠意義。但必須承認的是，上述研究成果的發布只是“邁出的第一步”。阮昊表示，目前研究團隊完成了雙光束超分辨存儲的原理和實驗驗證，但距離產業化的實現還有較長的路要走，這離不開產業界科技公司和學界的各方面合作。未來，研究團隊將繼續進行技術攻關，希望拓展其在光顯微成像、光顯示、光信息處理等領域的交叉應用。