Artan verileri uzun dönemli arşivlemek ve saklamak için Cam kullanılabileceği hiç aklınıza geld mi? Cam veri depolama  ve uzun dönemli saklama ortamı olarak kullanılabilir mi? Daha önceki yazılarımızda, DNA’nın veri depolama ve uzun dönemli saklama için kullanılabilmesine yönelik Microsoft’un araştırmalarını size aktarmıştık. Yine Microsoft bu defa Cam’ı kullanarak verileri uzun süreli daha düşük maliyetlere saklayabilmek için bir araştırmasından bahsedeceğiz. Araştırmanın proje kod adı “Slica”

Silica Projesine Genel Bakışı

Veri Depolama İhtiyacı ve Zorluklar

İnsanlığın uzun vadeli veri depolama ihtiyacı, günümüzde artmaktadır. Önemli bilgilerimizi (kişisel verilerimiz, tıbbi, endüstriyel, bilimsel verilerimiz vb.) uzun vadede korumak, önemli bir gerekliliktir. 2025 yılına kadar yüzlerce zettabayt (1 Zettabayt = 1 Trilyon Gigabayt) bir saklama alanına ihtiyacın olacağı bu alanda, mevcut manyetik medya (diskler ve tapeler) sürdürülebilir ve uygun maliyetli bir çözüm sunmamaktadır.

Projenin Amacı ve Teknolojisi

• Proje, dünyanın ilk, cam medya bazlı uzun zamanlı sürdürülebilir depolama teknolojisini geliştirmeyi amaçlamaktadır. Veriler, düşük maliyetli, dayanıklı ve elektro manyetik parazitlerden etkilenmeyen kuvars camına depolanır. Bu teknoloji, verileri binlerce yıl boyunca koruma potansiyeline sahiptir.
• Proje hem donanım hem de yazılım katmanlarını, medyadan bulut kullanıcı erişimine ulaşacak şekilde tasarlanmaktadır. Proje kapsamında, düşük güç tüketimli bir medya kütüphanesi tasarımı da yer almaktadır.
• Cam medyaya veri yazma ve medyadan okuma için farklı teknolojiler kullanılır: Veri yazmak için ultra hızlı femtosaniye lazerler kullanılmaktadır. Bu yöntemle, her bir voxel de (üç boyutlu piksel) birden fazla bit veri saklanabilmektedir, böylelikle cam içerisine farklı katmanlarda veri yazmak da mümkün olabilmektedir.
• Okumak için ise polarizasyon hassasiyetli mikroskoplar kullanılıyor ve veri doğruluğunu garanti altına almak için makine öğrenmesinden faydalanılıyor.
• Bu sistem, depolama medyası için gerçek bir koruma içerir ve veri okuma sırasında yanlışlıkla verilerin üzerine yazılmasını imkânsız hale getirir. Yani yazılan veriler asla değiştirilemez.
• Veri yazılan cam tabakaları saklamak ve gerektiğinde bu tabakalara erişebilmek için bir cam kütüphanesi oluşturuluyor. Bu kütüphane sürdürülebilir ve enerji verimli depolama için yenilikçi bir tasarıma sahip. Ayrıca, medya işleme için gelişmiş robotik sistemler kullanılıyor.

Projenin Özellikleri

Tarihi ve Güncel Kullanımı

• Cam üzerine veri depolama fikri, 19. yüzyıla dayanmaktadır. Teknolojinin gelişimiyle, bu sürdürülebilir materyalin depolama kapasitesi büyük ölçüde genişletilmiştir. Küçük bir cam levha şimdi terabaytlarca veri saklayabilir.
• 2014 Ocak ayında Peter Kazansky küçük bir Cam plaka üzerine 360 terabayt veri yazılabileceği ve bu verinin 13,8 milyar yıl saklanabileceği üzerine bir araştırma yayınladılar. Southampton üniversitesi optoelektronik araştırma bölümünce çalışan Kazansky ve arkadaşları bu çalışmaları ile “En dayanıklı dijital depolama ortamı” konusunda Guiness rekoru kırdılar.

• Uzun dönemli veri arşivlemenin en önemli müşterisi hiç kuşkusuz ki Hollywood. Mevcut teknolojileri düşündüğümüzde her 3-5 yılda bir Holywood filmlerin bir kopyasını farklı manyetik veri depolama ortamlarına taşmak zorunda kalmaktadırlar. Peter Kazansky, Microsoft ve Warner Bross iş birliği ile 1978 yılı yapımı “Superman” filmini yaklaşık bir bardak altlığı büyüklüğünde 75x75x2 büyüklüğünde kalınlığında bir cam parçasına depolandı ve buradan geri okundu. Cam 75,6 gigabayt veri ve hata yedekleme kayıtlarını içeriyor.

Sürdürülebilirlik ve Çevre Dostu Yaklaşım

Uzun vadeli depolama maliyetlerini düşürmek

Çoğu insan “bulutu” binlerce aile fotoğrafından milyonlarca e-postaya kadar her şeyi telefonunuzda veya bilgisayarınızda yer kaplamadan saklamanın bir yolu olarak düşünür. Ancak tüm bu bilgiler fiziksel olarak uzak bir konumdaki donanımda saklanıyor ve birden fazla cihazdan erişmenize olanak tanıyor.
Tıbbi kayıtlardan komik kedi videolarına ve uzay araçları tarafından çekilen görüntülere kadar insanoğlunun depolamak istediği veri miktarı, mevcut depolama teknolojilerinin kapasitesi yatay seyrederken aynı zamanda patlıyor.

Uzun vadeli depolama maliyetleri, bilgi kaybolmadan önce verileri tekrar tekrar yeni medyaya aktarma ihtiyacı nedeniyle artmaktadır. Sabit disk sürücüleri üç ila beş yıl sonra yıpranabilir. Manyetik bant ise sadece beş ila yedi yıl dayanabilir. Dosya formatları eskimekte ve yükseltmeler pahalıya mal olmaktadır. Örneğin Warner Bros kendi dijital arşivlerinde, bozulma sorunlarının önüne geçmek için içeriği proaktif olarak her üç yılda bir taşıyor.

Cam depolama daha düşük maliyetli bir seçenek olma potansiyeline sahiptir çünkü verileri cama yalnızca bir kez yazarsınız. Femtosaniye lazerler- ultra kısa optik darbeler yayan ve LASIK ameliyatında yaygın olarak kullanılan lazerler – camın yapısını kalıcı olarak değiştirir, böylece veriler yüzyıllar boyunca korunabilir.

Kuvars cam ayrıca malzemeyi sabit bir sıcaklıkta tutmak için enerji yoğun iklimlendirmeye veya havadaki nemi gideren sistemlere ihtiyaç duymaz- her ikisi de büyük ölçekli veri depolamanın çevresel ayak izini azaltabilir.

Teknolojinin İşleyişi ve Geleceği

Projede kullanılan lazerler, verileri düz bir görüntüyü oluşturan piksellerin üç boyutlu eşdeğeri olan voxeller halinde kodlar. Verileri bir şeyin yüzeyine yazan diğer optik depolama ortamlarının aksine, projede veriler camın kendi içinde depolanıyor. Örneğin 2 mm kalınlığındaki bir cam parçası 100’den fazla voxel katmanı içerebilir. Veriler, camı fiziksel olarak deforme eden yoğun lazer darbelerinin gücü ve yönü değiştirilerek her bir voxele kodlanır. Bu bir nevi nano ölçekte baş aşağı buzdağları yaratmaya benziyor; farklı derinlikler, boyutlar ve oluklar onları benzersiz kılıyor.

Verileri geri okumak için makine öğrenimi algoritmaları, polarize ışık camdan geçerken oluşan desenlerin kodunu çözüyor. Geri okumak istediğiniz yere ulaşması zaman alan teyp depolamanın aksine, algoritmalar cam kare içindeki herhangi bir noktaya hızlı bir şekilde sıfırlanabilir ve potansiyel olarak bilgi almak için gecikme süresini azaltır.

Microsoft baş araştırma yazılım mühendisi Richard Black, “Kasetlerdeki şarkıları geri ve ileri sarmayı hatırlayacak kadar yaşlıysanız, istediğiniz bölüme ulaşmak biraz zaman alabilir” dedi. “Buna karşılık, camdan geri okumak çok hızlıdır çünkü x, y veya z ekseninde aynı anda hareket edebilirsiniz. “Kırılgan şarap kadehleri ya da ampullerin aksine, veri depolama için kullanılan kuvars cam karelerin tahrip edilmesi şaşırtıcı derecede zordur.

Araştırma ekibi ilk başlarda bir tanesini 500 derece fırında pişirmeyi, mikrodalgada ısıtmayı, kaynatmayı ve çelik yünle ovmayı denedi. Ve verileri geri okuduklarında, hepsi hala oradaydı.

Cam depolama teknolojisinin öne çıkan özellikleri arasında yer kaplama verimliliği bulunmaktadır. Geleneksel veri merkezleri geniş altyapı gerektirirken, cam depolama çözümleri çok daha az alana ihtiyaç duyar.

Cam depolama teknolojisi henüz gelişim aşamasında olup ticari kullanıma hazır olması için 3-4 gelişim aşaması daha gerektirmektedir. Ancak bu teknolojinin dayanıklılık, sürdürülebilirlik ve maliyet etkinlik açısından faydaları açıktır.

Kaynaklar:

• https://unlocked.microsoft.com/sealed-in-glass/
• https://www.microsoft.com/en-us/research/project/project-silica/overview/
• https://news.microsoft.com/source/features/innovation/ignite-project-silica-superman