Miljoen jaar gegevensopslagschijf onthuld

In 1956 introduceerde IBM 's werelds eerste commerciële computer die gegevens op een magnetische schijf kan opslaan. De IBM 305 RAMAC gebruikte vijftig 24-inch schijven om tot 5 MB op te slaan, een indrukwekkende prestatie in die tijd. Tegenwoordig is het echter niet moeilijk om harde schijven te vinden die 1 TB aan gegevens kunnen opslaan op een enkele 3,5-inch schijf.

Maar ondanks deze enorme toename in opslagdichtheid en een even indrukwekkende verbetering in energie-efficiëntie, is één ding niet veranderd. De levensduur van gegevens op magnetische schijven is nog steeds ongeveer tien jaar.

Dat roept een interessant probleem op. Hoe kunnen we informatie over onze beschaving bewaren op een tijdschaal die langer meegaat? Met andere woorden, welke technologie kan informatie betrouwbaar opslaan voor 1 miljoen jaar of langer?

Vandaag krijgen we een antwoord dankzij het werk van Jeroen de Vries aan de Universiteit Twente in Nederland en een paar vrienden. Deze jongens hebben een schijf ontworpen en gebouwd die gegevens over deze tijdschaal kan opslaan. En ze hebben versnelde verouderingstesten uitgevoerd waaruit blijkt dat het gegevens voor 1 miljoen jaar en mogelijk langer moet kunnen opslaan.

Deze jongens beginnen met wat theorie over veroudering. Het is duidelijk onpraktisch om een ​​verouderingsexperiment in realtime uit te voeren, vooral wanneer de betrokken perioden in miljoenen jaren worden gemeten. Maar er is een manier om het verouderingsproces te versnellen.

Dit is gebaseerd op het idee dat gegevens moeten worden opgeslagen in een energieminimum dat door een energiebarrière van andere minima wordt gescheiden. Dus om gegevens te corrumperen door bijvoorbeeld een 0 naar een 1 te converteren, is voldoende energie nodig om deze barrière te overwinnen.

De kans dat het systeem op deze manier springt, wordt bepaald door een idee dat bekend staat als de wet van Arrhenius. Dit relateert de waarschijnlijkheid van het springen van de barrière aan factoren zoals de temperatuur, de Boltzmann-constante en hoe vaak een sprong kan worden geprobeerd, wat gerelateerd is aan het niveau van atomaire trillingen.

Enkele eenvoudige berekeningen laten zien dat om een ​​miljoen jaar mee te gaan, de vereiste energiebarrière 63 KBT is of 70 KBT om een ​​miljard jaar mee te gaan. Deze waarden vallen ruim binnen het bereik van de huidige technologie, stellen de Vries en co.

En om het punt te bewijzen, gaan ze door en bouwen ze een schijf die informatie voor deze periode kan opslaan. De schijf is eenvoudig van opzet. De gegevens worden opgeslagen in het lijnenpatroon dat in een dunne metalen schijf is geëtst en vervolgens wordt bedekt met een beschermende laag.

Het metaal in kwestie is wolfraam, dat ze kozen vanwege de hoge smelttemperatuur (3.422 graden C) en de lage thermische uitzettingscoëfficiënt. De beschermende laag is siliciumnitride (Si3N4) gekozen vanwege zijn hoge weerstand tegen breuk en zijn lage thermische uitzettingscoëfficiënt.

Deze jongens maakten hun schijf met behulp van standaard patroontechnieken en opgeslagen gegevens in de vorm van QR-codes met lijnen van 100 nm breed. Vervolgens verwarmden ze de schijven op verschillende temperaturen om te zien hoe de gegevens het deden.

De resultaten zijn indrukwekkend. Volgens de wet van Arrhenius zou een schijf die een miljoen jaar kan overleven 1 uur moeten overleven bij 445 Kelvin, een test die de nieuwe schijven gemakkelijk doorstonden. Ze overleefden inderdaad temperaturen tot 848 Kelvin, zij het met aanzienlijke hoeveelheden informatieverlies.

Dat is goed te vergelijken met het Rosetta Project, een voorstel van de Long Now Foundation om archiefmateriaal te creëren dat informatie kan opslaan voor een periode van meer dan 10.000 jaar.

Het nieuwe werk suggereert dat we een aanzienlijke hoeveelheid informatie zouden moeten kunnen bewaren voor toekomstige beschavingen, misschien zelfs voor buitenaardse beschavingen.

Er zijn natuurlijk kanttekeningen. De theorie achter versnelde veroudering is alleen van toepassing in zeer specifieke omstandigheden en zegt niets over overlevingskansen in andere gevallen. Het is moeilijk voor te stellen dat de nieuwe schijf bijvoorbeeld een meteooraanval overleeft. Het is inderdaad onwaarschijnlijk dat het de temperaturen overleeft die kunnen optreden bij een gewone woningbrand.

Maar de Vries en co hebben er alle vertrouwen in dat ze nog robuustere dataopslagsystemen kunnen maken. Hun werk is een interessante stap in de richting van het behoud van onze gegevens voor toekomstige beschavingen.

Referentie: arxiv.org/abs/1310.2961 : Op weg naar Gigayear-opslag met behulp van een op siliciumnitride/wolfraam gebaseerd medium

zich verstoppen