O disco óptico 3D Petabit pode armazenar 10000 discos Blu-ray de dados

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O disco óptico 3D Petabit pode armazenar 10.000 discos Blu-
ray de dados
O armazenamento óptico de dados ópticos em nanoescala pode empurrar o Big
Data para uma nova era. Crédito: Universidade de Xangai para Ciência e
Tecnologia.
Nos tempos antigos, durante o início dos anos 2000, meus amigos e eu compartilhamos coisas em
nossos computadores usando CDs e um pouco mais tarde os poderosos DVDs, que poderiam
armazenar até sete vezes mais dados. Tivemos uma boa corrida, mas não demorou muito para que
estes fossem substituídos por flash drives e HDDs externos. Como a fita cassete magnética e o disquete
diante deles, os discos ópticos tornaram-se obsoletos, relegados a itens de colecionador nas prateleiras
das salas de estar das pessoas.
No entanto, os discos ópticos podem estar prestes a fazer um forte retorno.
Pesquisadores liderados pelo professor Min Gu, da Universidade de Xangai para Ciência e Tecnologia
(USST), em colaboração com o Instituto de óptica e mecânica fina de Xangai, a Academia Chinesa de
Ciências, relataram superar o limite de difração óptica. Ao fazê-lo, eles criaram um sistema de memória
de disco óptico em nanoescala 3D capaz de atingir a capacidade de petabit (Pb).
Para colocar isso em perspectiva, a capacidade de armazenamento de um disco do tamanho de DVD
poderia agora rivalizar com a de pelo menos 10.000 discos Blu-ray ou 100 discos rígidos de alta
capacidade.
Os discos ópticos estão de volta na moda?
https://cdn.zmescience.com/wp-content/uploads/2024/02/Image-scaled.jpg
https://www.zmescience.com/feature-post/technology-articles/computer-science/how-big-data-can-get/
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O limite de difração óptica refere-se a um limite fundamental imposto pela natureza de onda da luz. Em
outras palavras, esse limite descreve o menor tamanho de recurso que um sistema de imagem óptica
pode resolver. No contexto do armazenamento de dados, isso significa que há um limite de quão
pequeno podemos fazer os “dosts” (ou bits) de dados em um meio de armazenamento usando luz, o
que, por sua vez, limita a quantidade de dados que podemos caber em um determinado espaço.
Os pesquisadores foram capazes de superar essa limitação usando uma sofisticada técnica de dois-
laser. Esta técnica envolve o uso simultâneo de um pulso de laser de femtossegundo, que tem a forma
de um donut, juntamente com um feixe de laser secundário. O segundo feixe atua para inibir a
fluorescência de um material fotorresista especialmente projetado, exceto no centro da forma de
rosquinha. Ele se baseia na microscopia de super-resolução de feixe duplo, iniciada pelo cientista
alemão Professor Stefan W. Hell, que recebeu o Prêmio Nobel de Química de 2014.
O disco novo utiliza um filme especial conhecido como AIE-DDPR. É composto por moléculas que
absorvem fótons (fotoinitiatores), bem como moléculas altamente fotossensíveis para capturar dados
escritos em nanoescala.
Usando essa técnica, os pesquisadores na China foram capazes de produzir notas de dados
extremamente pequenas, significativamente menores do que o que o limite de difração normalmente
permitiria, aumentando assim a densidade de armazenamento.
“O armazenamento de dados ópticos (ODS) apresenta uma solução promissora para armazenamento de
dados de arquivamento de longo prazo com uma economia. No entanto, o ODS tem sido limitado por
sua baixa capacidade e pelo desafio de aumentar sua densidade areal 4,5. Aqui, para resolver essas
questões, aumentamos a capacidade do ODS para o nível de petabit, estendendo a arquitetura de
gravação planar para três dimensões com centenas de camadas, quebrando a barreira do limite de
difração óptica das manchas registradas.
Potencial impressionante
Durante um teste de prova de conceito, os pesquisadores usaram essa configuração de laser em um
filme de AIE-DDPR com apenas 54 nanômetros de diâmetro para gravar dados em 3D sobre 100
camadas separadas por uma distância de um micrômetro. Em contraste, os DVDs tradicionais só podem
armazenar dados na camada superficial do disco, razão pela qual esse dispositivo de memória óptica
pode conter quantidades gigantescas de dados.
Essa inovação não só quebra as limitações anteriores, mas também pode inaugurar uma nova era de
armazenamento de dados. Os DVDs são muito baratos e duráveis, mas sua baixa densidade de dados
em relação às necessidades de hoje os tornou obsoletos rapidamente. Agora parece que esse meio de
armazenamento familiar pode ser devido para um retorno.
As aplicações potenciais vão desde vastos arquivos digitais até o armazenamento abrangente de
conjuntos de dados cada vez maiores, como o ChatGPT, que inclui 5,8 bilhões de páginas da web
indexadas e o tamanho do texto de toda a internet, aproximadamente 56 Pb. O armazenamento
tradicional precisaria de uma área tão grande quanto um playground empilhado até a borda com discos
https://www.mpinat.mpg.de/644851/nobel_prize_2014#:~:text=Stefan%20Hell%20received%20Nobel%20Prize,Moerner.
https://www.zmescience.com/feature-post/natural-sciences/physics-articles/matter-and-energy/what-is-photon-definition-04322/
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rígidos, mas essa inovadora memória de disco óptico condensa esse espaço para o tamanho de um
computador desktop, cortando significativamente os custos.
O significado deste desenvolvimento vai além da capacidade. Em um mundo que lida com o impacto
ambiental da infraestrutura digital, a memória de disco óptico em nanoescala tridimensional apresenta
uma alternativa mais sustentável. Os data centers tradicionais, com seu apetite gigantesco por energia,
representam um desafio significativo de sustentabilidade. Em 2022, os data centers da China
consumiram cerca de 270 bilhões de quilowatts-hora de energia, superando duas vezes a produção da
estação hidrelétrica Three Gorges.
Uma grande preocupação também tem sido a necessidade de migração regular de dados a cada 3 a 10
anos para evitar adulteração e perda de dados, o que também limita a vida útil dos dados. Em contraste,
o consumo de energia da memória de disco óptico em nanoescala é muito menor, e sua vida útil se
estende para 50-100 anos.
Avanços e desafios
No entanto, apesar de seu enorme potencial, há muitos desafios práticos para implementar essa
tecnologia em escala industrial. Embora os pesquisadores tenham feito avanços significativos no
aumento da densidade areal de armazenamento, há uma necessidade premente de aumentar a
velocidade de gravação e a eficiência energética do sistema. Isso poderia ser conseguido empregando
um feixe de laser de femtossegundo com uma taxa de repetição mais alta e utilizando um material
fotorresista mais sensível do que os atualmente em uso.
Apesar desses desafios, os pesquisadores demonstraram um salto significativo na tecnologia de
armazenamento de dados, alcançando uma capacidade de armazenamento de 1,6 petabits dentro de
uma área de disco do tamanho de DVD. Este avanço sugere um caminho promissor para atender aos
vastos requisitos de armazenamento de dados da era do big data. Na verdade, o professor Gu e seus
colegas gostariam de continuar empurrando os limites para a exascale (mais de 1.000 petabits).
“Essa tecnologia torna possível alcançar o armazenamento no nível de exabit, empilhando discos em
nanoescala em matrizes, o que é essencial em grandes centros de dados com espaço limitado”,
escreveram os pesquisadores.
Os resultados apareceram na revista Nature.
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