Microsoft’tan 10 bin yıllık veri depolama hamlesi: Cam tabanlı yeni dönem

Bu alanda yürütülen araştırmaların en somut çıktılarından biri ise Microsoft’un “Project Silica” adını verdiği sistem oldu. Şirket, Nature dergisinde yayımlanan çalışmasında, küçük cam plakalar içine gigabit seviyesinde yoğunlukla veri yazıp okuyabilen çalışan bir prototip geliştirdiğini duyurdu.

Cam neden uygun?

Cam genellikle kırılganlığıyla bilinse de aslında geniş bir malzeme ailesini temsil ediyor. Uygun kimyasal bileşimle üretilen cam türleri, araştırmacıların ifadesiyle termal ve kimyasal olarak son derece kararlı, neme, sıcaklık değişimlerine ve elektromanyetik girişime karşı dirençli olabiliyor.

Microsoft’un tercih ettiği borosilikat cam, hızlandırılmış yaşlandırma testlerine göre oda sıcaklığında 10 bin yılı aşkın süre veri bütünlüğünü koruyabiliyor. Üstelik sistem, veri saklamak için bekleme sırasında hiçbir enerji tüketmiyor.

Lazerler ile veri yazılıyor

Silica’nın çalışma prensibi temelde optik depolamaya dayanıyor. DVD’lerde filmlerin disk yüzeyine lazerle işlenmesine benzer şekilde, burada da cam yüzey femtosaniye lazer darbeleriyle fiziksel olarak değiştiriliyor. Ancak fark, verinin yalnızca yüzeye değil, camın üç boyutlu hacmine yazılması.

Saniyenin katrilyonda biri kadar süren darbeler üreten bu lazerler, saniyede milyonlarca atım yapabiliyor ve camın çok küçük bir hacmine odaklanarak yüksek yoğunlukta veri işlenmesini sağlıyor.

İlk yöntemde lazer darbeleriyle cam içinde oval biçimli mikroskobik boşluklar oluşturuluyor ve ikinci bir polarize lazer darbesiyle çift kırılma özelliği kazandırılıyor. Voxel’in kimliği, bu oval yapının yönelimine göre belirleniyor. Birden fazla yönelimin ayırt edilebilmesi sayesinde tek bir voxel içine birden fazla bit veri sığdırılabiliyor.

İkinci yöntemde ise lazer darbesinin enerjisi değiştirilerek kırılma etkisinin büyüklüğü ayarlanıyor. Bu teknikle de voxel başına birden çok bit depolayabiliyor. Ancak bu yaklaşımın veri yoğunluğu daha düşük.

Otomatik sistem, cam üzerindeki referans sembollerini kullanarak doğru noktaya konumlanıyor ve odak düzlemini katmanlar arasında yavaşça değiştirerek görüntüler topluyor.

Ayrıca Bkz.Füzyon tarihinde ilk: Levitasyonlu mıknatısla plazma hapsedildi

Bu görüntülerin yorumlanması ise klasik yöntemlerle değil, evrişimli sinir ağlarıyla gerçekleştiriliyor. Geliştirilen yapay zeka modeli, odak düzlemindeki ve yakınındaki görüntüleri birlikte analiz ederek komşu voxel’lerin yarattığı ince optik etkileri de hesaba katıyor. Bu sayede yüksek doğrulukta veri çözümleme sağlanıyor.

Silica sistemi, ham veri akışını doğrudan yazmak yerine önce hata düzeltme kodları ekliyor. Burada kullanılan yöntem, 5G ağlarında da tercih edilen düşük yoğunluklu eşlik denetim kodu (LDPC). Ardından bitler birleştirilerek voxel’lerin çoklu durum kapasitesinden yararlanan semboller oluşturuluyor ve bu sembol akışı cam üzerine işleniyor.

4,84 TB’lık cam plaka   

Yazma hızı ise halen sistemin darboğazı. Microsoft, aşırı ısınmayı önleyecek şekilde aynı anda dört lazerle yazım yapabilen bir donanım geliştirdi. Bu yapı 66 megabit/saniye yazma hızına ulaşabiliyor. Teorik olarak sisteme 12’ye kadar ek lazer modülü entegre edilebileceği belirtiliyor. Mevcut hızla bir cam plakanın tamamen doldurulması 150 saati aşan bir süre gerektiriyor.

Kapasite etkileyici olsa da ciddi bir ölçek sorunu var. Örneğin, dünyanın en büyük radyo teleskop projelerinden biri olan Square Kilometre Array’in yılda yaklaşık 700 petabayt veri arşivlemesi bekleniyor. Bu hacim için 140 binden fazla cam plaka ve yüzlerce Silica makinesinin paralel çalışması gerekebilir. Dolayısıyla sistem, bugün için devasa veri merkezlerinin tek başına çözümü olmaktan uzak görünüyor. Ancak enerji gerektirmeden saklama, fiziksel dayanıklılık ve gerektiğinde hızlı erişim imkanı gibi özellikler, Silica’yı uzun vadeli arşivleme için güçlü bir aday haline getiriyor.