微软使用飞秒激光技术将一部超人电影存储在一块玻璃片上?!

这是对Project Silica的首次概念验证测试,该项目是Microsoft Research项目,它利用超快激光光学技术和人工智能的最新发现将数据存储在石英玻璃中。激光通过创建三维纳米尺度的光栅层以及各种深度和角度的变形来在玻璃中编码数据。机器学习算法通过解码图像和图案来读取数据,这些图像和图案是在偏振光透过玻璃时产生的。

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微软使用飞秒激光技术将一部超人电影存储在一块玻璃片上?!插图

微软和华纳兄弟公司合作,成功地在一块玻璃杯上成功存储和检索了整个1978年标志性的“超人”电影,该玻璃杯的大小约为75 x 75 x 2毫米厚。

这是对Project Silica的首次概念验证测试,该项目是Microsoft Research项目,它利用超快激光光学技术和人工智能的最新发现将数据存储在石英玻璃中。激光通过创建三维纳米尺度的光栅层以及各种深度和角度的变形来在玻璃中编码数据。机器学习算法通过解码图像和图案来读取数据,这些图像和图案是在偏振光透过玻璃时产生的。

坚硬的石英玻璃可以经受热水煮沸,烤箱烘烤,微波炉加热,浸水,煮练,消磁和其他环境威胁,如果出问题了,这些威胁可能会破坏无价的历史档案或文化宝藏。

它代表Microsoft Azure的一项投资,用于开发专门为云计算模式而构建的存储技术,而不是依赖于旨在在计算机或其他方案中工作的存储介质。这只是Azure依靠Microsoft的研究专业知识来解决近期和长期挑战的众多方式之一-从Natick项目的水下数据中心测试到Project Brainwave的FPGA处理能力以及新兴的Optics for Cloud研究。

“将整个“超人”电影存储在玻璃中并能够成功读取是一个重要的里程碑,” Azure首席技术官Mark Russinovich说。“我并不是说所有问题都已得到完全回答,但看起来我们现在正处于精炼和试验阶段,而是问’我们能做到吗?’”

在了解了这项研究后,与华纳兄弟(Warner Bros.)接触了微软。它一直在寻找新技术来保护其庞大的资产库:诸如“卡萨布兰卡”之类的历史宝藏,1940年代的广播节目,动画短片,数字拍摄的戏剧电影,电视情景喜剧,电影场景中的日报。多年来,他们一直在寻找一种可以持续数百年,可以承受洪水或太阳耀斑并且不需要保持在一定温度或需要不断刷新的存储技术。

华纳兄弟首席技术官Vicky Colf说:“这一直是我们希望有一天能实现的希望的灯塔,因此,当我们得知微软已经开发了这种基于玻璃的技术时,我们想证明这一点。” 。

一只手握住一块1978年电影《超人》的石英玻璃
在对Project Silica的概念验证测试中,Microsoft和Warner Bros.成功地在7.5厘米x 7.5厘米x 2毫米耐用石英玻璃片上存储并读了经典的1978年“超人”电影,大约是饮料的大小过山车。平板电脑包含75.6 GB的数据以及错误冗余代码。乔纳森·班克斯(Jonathan Banks)为微软摄。

降低长期存储成本

大多数人都认为“云”是一种存储一切的方法,从数千张家庭照片到数百万封电子邮件,都不会占用您的手机或计算机上的任何空间。但是所有这些信息都物理存储在远程位置的硬件上,从而使您可以从多个设备访问它。

现在,人类希望存储的数据量(从医疗记录到有趣的猫视频再到航天器拍摄的图像)正在爆炸,而现有存储技术的容量却在逐渐减少。

在信息丢失之前,需要将数据重复传输到更新的介质上,从而增加了长期存储成本。硬盘驱动器可能会在三到五年后磨损。磁带只能使用五到七个。文件格式已过时,升级成本很高。例如,华纳兄弟公司(Warner Bros.)在其自己的数字档案馆中,每三年会主动迁移内容,以防止出现降级问题。

玻璃存储有可能成为低成本的选择,因为您只需将数据写入玻璃一次。飞秒激光(发出超短光脉冲且通常用于LASIK手术)会永久改变玻璃的结构,因此数据可以保存多个世纪。

石英玻璃也不需要能源密集型的空调来使材料保持恒定的温度,也不需要从空气中去除水分的系统-两者都可以降低大规模数据存储的环境足迹。

“我们不是要建造您放在房子里或用来播放电影的东西。我们正在构建可在云规模上运行的存储。

“我们要消除的一件大事是这个昂贵的将数据移动和重写到下一代的周期。我们真的希望您可以将它们搁置50或100或1,000年,而在您需要之前将其遗忘,” Rowstron说。

Project Silica旨在存储所谓的“冷”数据(可能具有巨大价值或需要公司维护的档案数据),但无需经常访问。其中可能包括患者一生必须保存的医疗数据,金融法规数据,法律合同,与能源勘探有关的地质信息以及城市需要保留的建筑计划。

科尔夫说,华纳兄弟对帮助微软测试解决方案非常感兴趣,这些解决方案可以减轻与在这么长的时间范围内存储数据有关的成本和效率低下。

她说:“从许多方面来看,凭借媒体和娱乐行业最大的内容库,我们面临的挑战在规模上是独一无二的,但是就我们要解决的问题而言,它们当然并非独一无二。”

詹姆斯·克莱格(James Clegg)在实验室设备中放置一块装有1978年电影《超人》的石英玻璃
微软资深光学科学家詹姆斯·克莱格(James Clegg)将一块玻璃装入系统,该系统使用光学和人工智能来检索和读取玻璃上存储的数据。乔纳森·班克斯(Jonathan Banks)为微软摄。

将数字数据变成物理制品

华纳兄弟在电影和电视领域拥有近100年的历史,拥有世界上最深入,最重要的娱乐图书馆之一。以新格式或为新观众重新发行旧电影是业务的重要组成部分。Colf说,永久保存一些世界上最受欢迎的故事也是巨大的文化责任。

她说:“想象一下,如果没有像《绿野仙踪》这样的标题或诸如《朋友们》这样的节目没有一代又一代地让人享受,欣赏和理解。“我们认为这是不可想象的,这就是为什么我们非常认真地保存和归档内容的原因。”

该公司已经制定了冗余计划,以应对多种最坏的情况:地震或飓风袭击了海岸之一,灭火没有启动抑制系统或气候控制故障导致水分积聚和破坏电影胶片。

目标是在世界各地将每种资产的三份存档副本存储在世界各地:两份单独的数字化副本,以及在制作电影,电视剧集或动画动画片时使用的任何媒体上的原始实体副本。

幸运的是,如果在适当的条件下存储,原始底片将持续数个世纪。但是对于一些较旧的电视节目(以1970年代拍摄的“爱丽丝”情节为例),原始的物理复制品的保质期有限,需要迁移到新的格式。对于当今以数字方式拍摄的电影和电视节目,具有档案质量的第三副本的迁移周期非常短,只有三到五年,这在管理上具有挑战性。

“比方说,电视节目正直接进入我们的数字档案馆;华纳兄弟公司全球媒体档案和保存服务副总裁史蒂芬·安纳斯塔西(Steven Anastasi)说。“数字文件正在进入,但是我没有什么东西可以放入金库,盐矿或任何物理物品进入建筑物。”

研究员优素福·阿萨夫(Youssef Assaf)将方形石英玻璃滴在开水锅中以证明其耐用性
Microsoft Project Silica研究人员Youssef Assaf将方形的石英玻璃滴入沸腾的水壶中,以证明其耐用性。该团队已经用钢丝绒烘烤,煮沸,微波,去磁并擦洗了类似的玻璃片,而不会丢失存储在其中的数据。乔纳森·班克斯(Jonathan Banks)为微软摄。

华纳兄弟公司可能正在研究Silica项目,以创建永久性的物理资产来存储重要的数字内容并提供持久的备份副本。现在,对于以数字方式拍摄的戏剧发行,该公司通过将其转换回模拟电影来创建档案第三副本。它将最终素材分成三个颜色分量-青色,品红色和黄色-并将每个分量转移到不会像彩色胶卷一样褪色的黑白胶卷底片上。

这些底片被放入冷藏库中。在这些高度管理的保管库中,温度和湿度受到严格控制,并且空气嗅探器会寻找可能会发出问题的化学分解迹象。如果他们需要胶卷,他们必须扭转那些复杂的步骤。

这个过程很昂贵,而且世界上只有很少的电影实验室可以做到这一点。华纳兄弟公司全球档案和媒体工程高级副总裁布拉德•科拉尔(Brad Collar)说,从定性的角度来看,这个过程并不是最佳的。

“当我们以数字方式拍摄某些东西时,用零和一个代表屏幕上的像素,然后将其打印到称为胶片的模拟介质中,就会破坏原始的像素值。而且,可以肯定的是,它看起来不错,但它是不可逆的,” Collar说。

“如果我们能够对这些像素进行数字表示,然后将其放在像二氧化硅这样的介质上,然后像从相机中取出时一样准确地读出来,那么我们将尽我们最大的努力来完成保存工作。 。这就是我喜欢的,”他说。

在华纳兄弟图书馆为每个数字拍摄的电视剧集创建档案胶卷底片是不经济的。该公司希望Project Silica可能被证明是创建数字内容物理档案的一种更便宜,更高质量的替代方案。

要达到此规模,还有更多工作要做-微软研究人员需要大大提高数据的读写速度及其密度。华纳兄弟公司(Warner Bros.)设想了自己的基础设施,可以从玻璃档案中读取数据。但是双方都看到了他们前进的希望。

“如果Project Silica的存储解决方案被证明具有尽可能高的成本效益和可扩展性-并且我们都认识到它仍处于初期阶段-这是我们希望看到其他工作室,同行和其他行业采用的东西,科尔夫说。

她说:“如果对我们有用,我们坚信这对任何想要保存和存档内容的人都是有益的。”

设计云存储

不可能知道丢失了多少信息,因为当时没有人意识到它的价值-从剧院里看不到的无声电影到现代分析工具和AI可能从中汲取新见解的历史数据。

Microsoft的下一代存储研究的一个目标是,开发并行存储,以DNA进行数据存储的努力,该解决方案的成本足够低廉,毫不费力,您实际上不必选择是否存储数据。说。

微软研究人员花了多年的时间来尝试使用数据中心当前使用的技术。但是,诸如假脱机磁带和旋转磁盘之类的大小,形状和约束(所有这些都是在云存在之前就已为其他目的而发明的),根本无法使它们获得想要的收益。

Rowstron说:“最终,我们只是想’我们可以为云构建从头开始的东西吗?”。

他们与南安普敦大学光电研究中心展开了合作,研究人员最初在其中演示了如何使用飞秒激光将数据存储在玻璃中。在来自微软位于英国剑桥的Azure的投资下,实验室建立了一个由物理学家,光学专家,电气工程师和具有存储背景的研究人员组成的跨学科团队,以进一步推动该技术的发展。

从那时起,Microsoft Research团队在速度和精度方面取得了巨大进步。他们还与Azure同行紧密合作,在设计Project Silica时考虑了日常挑战和商业云存储的需求。

Rowstron在谈到与Azure产品团队的关系时说:“从第一天开始就获得他们的所有投入并思考该项目,这意味着我们将在最后产生一些对他们真正有用的东西。”

Project Silica的红外激光器以“体素”编码数据,“体素”相当于构成平面图像的像素的三维等效。与其他将数据写入物体表面的光学存储介质不同,Project Silica将数据存储在玻璃杯中。例如,一块2毫米厚的玻璃可以包含100多个体素层。

通过更改使玻璃物理变形的强激光脉冲的强度和方向,可以在每个体素中对数据进行编码。这有点像在纳米级创建颠倒的冰山,具有不同的深度,大小和凹槽,使它们独一无二。

为了回读数据,机器学习算法对偏振光穿过玻璃时产生的图案进行解码。与磁带存储不同,磁带存储需要一些时间才能到达要读取的位置,而算法可以在玻璃方块内的任何一点上快速归零,从而有可能减少获取信息的时间。

微软首席研究软件工程师理查德·布莱克(Richard Black)说:“如果您的年龄足够大,可以记住在盒式磁带上倒带和转发歌曲,则可能需要一段时间才能找到所需的部分。” “相比之下,由于您可以在x轴或y轴或z轴上同时移动,因此从玻璃上读取的速度非常快。”

与易碎的酒杯或灯泡不同,用于数据存储的石英玻璃正方形难以破坏。早期,研究团队尝试在500度的烤箱中烘烤一个微波炉,用微波炉加热,煮沸,然后用钢丝绒擦洗。当他们读回数据时,它们仍然在那里。

这对华纳兄弟(Warner Bros.)的档案保管员来说是完全合理的。几年前,他们发现了在1940年代录制在创纪录大小的玻璃上的超人广播序列盒。

“我们实际上找到了可以重新播放这些东西的播放器,它们之所以一样好,是因为它们存储在玻璃上。我们能够将这些精彩的内容数字化并保存,” Collar说。

“因此,现在我们在保管库中最古老的资产之一是玻璃,而在我们的保管库中最新的技术之一是玻璃。他们都是超人。因此,我们确实走了一大圈,”他说。

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