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社会创新

    • 研发

    全球都在开展进行让贵重数据流传至后世的研究。目前的存储介质寿命短,难以对抗火灾等灾害,无法做到数据半永久保存。日立瞄准石英石,推进半永久保存数据的存档技术研发。

    将数据留存到3亿年之后‐日立石英玻璃存储技术‐

    案例概要

    • 背景
      如今,人们越来越需要对历史性文化遗产和官方文件等贵重数据,以及个人希望流传后世的数据进行长期安全的保存。但是,用作介质的光盘、硬盘在寿命和耐用性方面不尽如人意。因此,日立向能够超长期保存电子数据的尖端技术研发发起了挑战。
    • 业务开展
      日立自2008年起开始着手研究电子数据超长期保存。次年,瞄准石英石,提出其具备达到3亿年超长期的存储数据潜力。2011年,与京都大学启动联合研究。经过克服透镜球面相差等各项问题,2014年,对同时实现与蓝光光盘相当存储密度和超长期保存进行了验证。
    • 展望
      石英石存档技术具有数据保存超过3亿年以上和耐受1000℃高温的优点。2014年12月,日立使用该项技术,在小行星探测器上搭载了刻有面向未来的、“向3亿年后传达的信息”的石英石。今后,日立还将继续展开用于文化遗产等人类遗产半永久保存所需的研发工作。

    背景

    关注到石英石耐火性与耐水性的日立

    随着信息技术和社会的网络化发展,数据存储介质从纸张迅速转向了软盘,然后是光盘和硬盘。在这其中,对历史性文化遗产和官方文件等宝贵数据,或者个人希望流传后世的数据进行长期安全保存的需求越来越高。然而,光盘、硬盘虽然在存储密度方面已经足够,但是相对于半永久保存这一目的而言,在抗击外部压力的耐用性和长期保存上依旧不尽如人意。

    日立向超长期保存电子数据的尖端技术研发发起挑战。除永久保存期限之外,日立提出的最大目标是面对湿度和温度变化、水淹和火灾等外部压力的高耐抗性,以及不依赖于特殊驱动器的数据可再生性。为此,日立瞄准的存储介质材料就是物质化学性能稳定、抗辐射能力强、具有高耐热性和防水性的石英石。

    业务开展

    能够保存3亿年之久,存储量还与蓝光碟相当

    日立将超长期电子数据存储的研究作为2008年“创新研究”的其中之一,很快在2009年便发现了石英石作为介质存储数据可以保存3亿年之久的可能性。

    2011年,日立与京都大学大学院工学研究科的三浦清贵研究室启动联合研究,在探讨提高存储密度的同时,还简化了再生方法。最终,数据存储采用了飞秒激光脉冲*,数据再生使用了光学显微镜。具体而言,是利用飞秒激光脉冲,用数万亿分之一秒以下的脉冲幅度照射激光,在石英石内部形成折射率不同的点,把点设为1,未产生点的部分设为0,对数据进行多层记录。再生时使用显微镜逐层拍摄,从其图像读取点的布局,进行数据再生。

    图1:通过飞秒激光脉冲及空间相位调节器进行高密度多点同时记录

    利用激光装置,以点状记录数据。

    通过光学显微镜与计算机进行影像处理读取数据

    2012年时,石英石内可以记录数据的层数为4层,相当于CD的存储量,2013年提升至26层,达到了DVD级别。能达到这样的大容量,与存储&读取两方面技术的飞跃发展有不可分割的关系。数据存储上运用了空间相位调节器,一次可以记录300比特(高密度多比特同时记录),而数据读取上则运用了被称为“轮廓强化处理”的模糊图像技术消除了干扰。诸如此类的新技术运用才使得记录量的提升成为可能。并且,存储后的石英石也被证明,能够耐受1000摄氏度高温两个小时,以及其半永久的超长使用寿命。

    但是,在为了进一步提升记录量而增加记录层数时,碰上了预想不到的难题。石英石内记录层的层间距虽然只有60微米这么极小的距离,但是增加记录层数,就是要从表面向内部更深处记录。在深层记录数据时,这些接近内部的点,会出现向更深处延伸的问题,对周边层造成干扰,导致层内数据无法正确读取。此外,读取这些深层数据时还发生了影像模糊的问题。导致这个情况是因为空气与石英石的曲折率不同导致了球面像差这种球面镜片产生的像差。
    解决这个问题,采用球面像差补正镜片,抑制记录时打点向纵深延伸问题以及读取时深层影像模糊的问题,还采用了新的计算方法消除干扰并将读取数据的错误率降低到了可投入实用的级别(见图2)。

    通过解决上述多层化产生的问题,在2014年,日立与京都大学共同试制成了第一台100层样机,也就是完成了达到与蓝光光盘™相当的1.5GB/inch²的记录量以及能够保存长达3亿年之久的存储媒介。有了这个成果,还让人们看到了更多层级存储的可能性。

    *
    飞秒激光脉冲:以脉冲来定义激光的一次激发的持续时间,飞秒激光的持续时间是只有几兆~几百兆之一秒的超短脉冲

    图2:通过球面像差补正等技术,使读取正确率达到实用标准的过程示意图

    展望

    日立的研究开发,为了让人类的遗产能够一直保存下去

    “深远2号”上搭载的描绘了“向3亿年后传达的信息”石英石画面图

    如今,运用半导体以及细菌遗传因子作为长期保存数据的存储媒体的研究在世界范围内正如火如荼的进行着。而日立开发出的能够保存长达3亿年,并耐受1000℃高温的技术无疑在其中占据着领先地位。而且,除了以点状记录电子数据,还可以记录文字、图画、照片等形式更是其一大特点。2014年12月,鹿儿岛县种子岛发射了小行星探测器“隼2号”,其搭乘的小型副飞行器“深远2号”(九州工业大学&鹿儿岛大学共同开发)上搭载了描绘了“向3亿年后传达的信息”的石英石。文字、图画、照片、声音等表现形式的文化财产也是人类需要传给后世的重要遗产

    今后,日立将继续研发能够半永久地保存各种重要数据的技术。

    公开日期: 2015年3月
    解决方案负责部门: 日立制作所 研究开发组