作者:冯丽妃,江庆龄 来源:中国科学报 发布时间:2024/2/23 8:36:03
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存储量1.6Pb 厚度仅1.2毫米
“超级光盘”存储器问世

 

上海理工大学光子芯片研究院顾敏院士、中国科学院上海光学精密机械研究所阮昊研究员、上海理工大学光电信息与计算机工程学院文静教授等合作,在国际上首次利用双光束调控聚集诱导发光超分辨光存储技术,在信息写入和读出两方面均突破衍射极限的限制,研发出全球首个Pb级超大容量、超分辨纳米级三维光盘存储器,对我国在信息存储领域突破关键核心技术具有重大意义。相关研究2月22日发表于《自然》。

这种超大容量光盘直径12厘米,单面层数多达100层,厚度仅1.2毫米,单盘等效容量却高达约1.6Pb。以1Pb相当于1015次方比特,或1百万Gb计算,其单盘存储容量相当于至少10000张蓝光光盘或者100个大容量硬盘。

数字经济时代大数据存储至关重要,但现有主要存储设备,如硬盘驱动器和半导体闪存器件,在能耗、寿命和成本方面都存在局限。光存储技术具有绿色节能、安全可靠、寿命长达50至100年的独特优势,为长期低成本存储海量数据提供了替代方案。但其发展却受到光学衍射极限的限制,无法识别纳米尺度的两个相邻记录点的特征,更不用说在两个记录点之间实现写入与读取,这使得传统商用光盘的最大容量仅在百GB量级。

在2021年《科学》杂志发布的全世界最前沿的125个科学问题中,光学衍射极限在物理领域高居首位。同时,这一技术也是《自然》杂志最新发布的2024年值得关注的七大技术之一。合作团队在国际上首次利用双光束调控聚集诱导发光超分辨光存储技术,打破光学衍射极限,实现了点尺寸为54纳米、道间距为70纳米的超分辨数据存储,并完成了100层的多层记录,单盘等效容量高达约1.6Pb。经老化加速测试,光盘介质寿命大于40年,加速重复读取后荧光对比度仍高达20.5:1。

“Pb级海量三维纳米光子存储技术是划时代的技术。”论文共同通讯作者、中国工程院外籍院士顾敏对《中国科学报》说,以深度学习模型GPT为例,其整个互联网文本大小约为56Pb,如果用当前广泛使用的1TB容量的移动硬盘进行存储,平铺开来需要占据一个操场的面积,而新的三维纳米光子存储可将存储空间节省至一台电脑大小,极大地降低经济成本。

“这是一项具有突破性创新的Pb级光存储技术。”《自然》杂志一位国际审稿人说。其他审稿人也对此予以高度评价,认为“与现有其他技术相比,该技术在性能方面提供了最高的光存储面密度”,“研究成果可能会带来数据中心档案数据存储的突破,解决大容量和节能的存储技术难题”。

顾敏、阮昊为论文共同通讯作者,文静为论文共同第一作者兼共同通讯作者,中国科学院上海光学精密机械研究所博士后赵苗为论文第一作者。

图片来自论文作者

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41586-023-06980-y

 

 

 
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