ARMAZENAMENTO DE DADOS EM VIDRO

ARMAZENAMENTO DE DADOS EM VIDRO

José Fernandes de Lima[1]

As notícias sobre a criação de data centers deixam, na maioria das vezes, de destacar a importância dos processos físicos utilizados na escrita e no armazenamento de dados, que resultam em maior ou menor estabilidade e duração dos dados armazenados. 

A preocupação com a preservação de informações remonta à idade antiga. Antes da era digital, as mídias já tinham evoluído, tendo como substrato a pedra, a madeira e a argila. O papel foi inventado na China por volta de 105 d.C. e permitiu a escrita portátil e duradoura.

Uma evolução acelerada dos processos de armazenamento de dados teve início nas décadas de 1940 e 1950, quando foram inventados os cartões perfurados e as primeiras fitas magnéticas. No período entre1950 a 1980, surgiram os discos rígidos de armazenamento aleatório magnético que evoluíram rapidamente em densidade e custo. 

Quando falamos do armazenamento de dados digitais, logo lembramos que, em 1971, a IBM lançou o disquete de 8 polegadas. Em 1976, foi lançado o disquete de 5 polegadas e meia. Em 1981, a Sony lançou o disquete de 3 polegadas e um quarto, que armazenava até 400 kB.

Os CDs foram lançados em 1991. Porém, foram rapidamente substituídos por pendrives, que oferecem reescrita ilimitada e velocidade superiores. A vida útil dos CDs para armazenamento de dados é reduzida. Perdem dados em 5 a 20 anos de oxidação. Os pendrives duram 10 anos ou mais.

As fitas magnéticas são usadas em backups empresariais porque permitem o armazenamento de grandes quantidades por prazos mais dilatados. 

O planejamento de um sistema de armazenamento deve considerar a relação custo-benefício. As principais formas de armazenamento de dados incluem tecnologias locais, em redes remotas, cada uma com vantagens em capacidade, velocidade e custo.

O armazenamento direto conecta dispositivos diretamente ao hardware do computador, como HDs, SSDs, pendrives e cartões de memória. HDs usam discos magnéticos giratórios para grande capacidade a baixo custo. Os Data Centers utilizam fitas magnéticas para armazenamento. 

Devido a limitação de tempo de armazenamento das fitas magnéticas, os Data Centers reescrevem periodicamente as suas informações. 

Tendo em vista a necessidade de preservar os dados por tempos maiores, os pesquisadores estão investindo fortemente em novas tecnologias de escrita e armazenamento. 

O armazenamento de dados em vidro, frequentemente chamado de armazenamento ótico, é uma das tecnologias mais promissoras para resolver o problema da obsolescência digital. Enquanto HDs e SSDs duram cerca de 5 a 20 anos, o vidro pode preservar informações por milhões de anos. 

Ao contrário de um CD ou DVD, que armazena dados apenas na superfície, o armazenamento ótico em vidro utiliza lasers de femtosegundos (10^-15 s) para gravar dados dentro da estrutura física do vidro de quartzo.

As principais vantagens do vidro são:

1 – longevidade extrema: estima-se que os dados permaneçam intactos por milhões de anos em temperatura ambiente.

2 – densidade de dados: um único disco de vidro do tamanho de uma moeda pode armazenar centenas de terabytes de informação. (tera = trilhão).

3 – imunidade eletromagnética: diferente das fitas magnéticas ou discos rígidos, o vidro não é afetado por pulsos eletromagnéticos ou radiação, tornando-o ideal para arquivos históricos e espaciais.

4 – sustentabilidade: uma vez gravado, o vidro não requer energia ou refrigeração constante para manter os dados, reduzindo drasticamente a pegada de carbono dos data centers.

A leitura de dados em vidro é um desafio de ótica de precisão, e é aqui que a inteligência artificial se torna uma peça-chave para tornar o armazenamento 5D viável. Como os dados são gravados em nanoestruturas dentro do vidro, a leitura não é tão simples quanto ver um ponto preto ou branco. 

Para ler os dados, um microscópio ótico de alta velocidade ilumina o vidro com luz polarizada. As nanoestruturas gravadas pelo laser (chamadas voxels) alteram a fase e a polarização da luz que passa por elas. O resultado não é um arquivo digital imediato, mas uma imagem visual complexa cheia de padrões de interferência.

O sistema utiliza algoritmos de aprendizado de máquina (Machine Learning), especialmente redes neurais convolucionais, para decodificar as camadas.

 

Um dos maiores expoentes dessa tecnologia é o Projeto Sílica, da Microsoft. Os pesquisadores da Microsoft demonstraram a viabilidade do sistema ao gravar com sucesso o filme Superman (1978) em uma placa de vidro de 75X75 mm.

O armazenamento de dados em vidro ainda tem desafios que precisam ser enfrentados, dentre os quais, destacamos: 1 – a velocidade de gravação ainda é consideravelmente lenta em comparação com as tecnologias magnéticas. 2 - O equipamento necessário para gravar (lasers de alta precisão) e ler (microscópios óticos avançados) ainda é caro para o consumidor comum. 

Além disso, o armazenamento em vidro é, por natureza, de escrita única. Você não pode apagar e regravar dados no mesmo ponto do vidro, isso resulta numa limitação do sistema. 

Nesse ponto, é importante informar ao leitor que essa tecnologia não visa substituir o SSD do seu notebook, mas sim os enormes “cemitérios de dados” (bibliotecas de fitas LTO) usados por governos, museus e grandes corporações. Trata-se de uma solução para garantir que o conhecimento da humanidade sobreviva a civilizações. 

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[1] Físico e Professor