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大话光存储(5)之站在未来看现在

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本篇作为《大话光存储》系列文章的最后一篇。本篇中冬瓜哥不想再介绍更多的技术和产品了,而是想畅想或者说幻想一下未来的存储系统是个什么样子。

大话光存储

上图是上世纪五十年代生产的磁盘,其容量不过几个MB。不知道上面图片里这个人看到下面这个东西的时候会有什么表情。如果他平时经常做科学幻想的话,完全可以胸有激雷而面如平湖的说:I guess this is something that can stor one hundred megabyte data?No, it can stor more than one hundred gigabyte data. What the F? 或许此时他会惊诧不已。

存储系统

就像我们今天幻想50年后,下面这块晶体可以存储整个地球上的现有数据,而且光速访问一样。当然,那时候有理由相信光计算已经商用。不要以为这种好像低级科幻片里的场景。这个晶体是经过特殊制造和调制的,采用全息存储方式,多路信号可以叠加在一起,同时读出,而且读出时间为光速。当然晶体需要被封装在一个系统里,可能人眼都看不到罢了。

磁盘

冬瓜哥可以断言,以电作为介质的计算和存储的时代,很快就会过去。电,是一种非常低效的信息承载物。可能50年之后的人看科技史的时候也会感叹:那时候的人真是生活在水生火热之中啊,竟然用电,就是那种打雷时候放出来的那玩意,太low了吧!就像我们现在看用蜡烛照明时代一样。不久的将来一定要用光作为介质来承载信息,以现在的科技发展水平来看,这一天会很快到来,可能就在你我的有生之年,我们这代人在计算机领域会跨越机械时代、电子时代和光子/量子时代。

【光到底是一种什么东西】

凡是高中物理不及格的都知道:光是一种电磁波。但是你可能不知道的是,电磁波的本质是什么?人类还没找到答案呢,麦克斯韦方程组只是描述了现象,并没有描述波的最本质起源。描述这个的还得是量子场论啊,弦论啊之类的。就像人们发明的数字电路计算机一样,与或非门就是组成当前计算机的基石。场论和弦论就是人们所设想并尝试证明的一种组成现实世界基石的模型。但是这些理论也并不能揭示场和弦又是由谁生成的。

冬瓜哥之前写过一篇连民科都算不上的文章叫做《时空参悟》,从原生态角度思考了物质的本质,最后的结果与场和弦差不多。冬瓜哥认为物质就是时空驻波,上层的运动规律,在底层其实都是波在高纬度上的运动。宏观运动可以用底层波动来叠加和描述,只是人们还没有推导出这个宇宙大统一波动公式。

正因如此,物质其实就是各种波一层层叠加起来的大驻波,质能方程其实已经隐约揭露了这个本质,物质就是波动的叠加体,把物质打开后,变成最原始的波,也就是光,就可以变成能量。所以任何物质都是可以被光化的,也就是化作一道光,耗散掉。

【光如何承载信息】

光是一种模拟信号,其自身承载的信息只有一个,那就是频率。但是人们找到一些方法可以把其他要表达的信息承载到光上传输,比如通过调幅、调频、调相,或者这三者的结合。前文中所述的激光头检测刻录盘上的光斑的过程,其实本质上是利用幅度调制的方式,光斑处振幅小,从而解调出对应的数字信号。

模拟信号最奇特的一个效果是,多路不同频率的波形可以叠加在一起,使用同一个介质传送。在目标端,多路信号可以被各自过滤还原出来(滤波器基本原理)。这一点是数字信号做不到的,一根导线只能传递一路数字信号,这就严重限制了空间复用率,从上帝视角看来,数字信号的玩法是非常低效的。所以,将来的技术趋势一定是充分利用空间复用特性,将存储和传输的密度成倍提高。

通信领域全光纤化已经完成,下一步将会是局部总线的全光纤化。

【硅光和光计算】

基于电的数字信号系统的劣势已经越来越凸显,因为随着码率的提升,数字信号的震荡频率也必须跟着提升,目前最高的Serdes编码速率为25GHz。如果码率进一步提升,会面临信号完整性问题。目前的数字信号依赖电子在导线上的移动积压而产生电压,从而触发逻辑门的状态越变。而电子的移动速度相比电场力的传导速度(光速)而言是非常慢的,而且电子移动过程会产生热量。为了提升频率,人们不得不将导线长度缩短,因为当导线过长时,虽然电场力以光速传递,但是依然会有时延,当震荡频率过高时,每个时钟周期很短,即便是光速,这个时延此时也可能会来不及传递到导线另一端,变又开始下一个时钟周期了。另外,电子在导线一端的积聚产生足够驱动门电路跃变的电压,也是需要时间的。

当时钟频率高到这两个条件无法满足时,就得缩短导线长度,当缩短到连芯片管脚接入PCB的距离都不行的时候,就不能再使用电信号了,得使用光信号。也就是在芯片内部就将电信号调制到光信号上,从光导纤维引到芯片的外部触点上,然后接入PCB上的光导纤维,最后到光连接器。这种将光电转换器用芯片制造相同的工艺制作到芯片内部的技术,被称为硅光,Silicon Photonic。

而光计算,则是更加彻底的替代基于电驱动的门电路,改为门光路,也就是光驱动的逻辑门,底层则是光控光的开关,请注意,是光控制光,而不是现在早已实现的光控制电。理论上是比较有难度的,试想一下,某介质需要具有这种性质:某个角度受到光照,其内部某个角度立即变得可透光,而停止光照,则又立即变得不可透光。如果存在的话,这将是一种比较神奇的材料了,需要广大材料科学研究者的努力了。光计算是一个非常美好的愿景,届时光芯片几乎不发热,而且极度节能,只要有光照着就能算。数据中心机房里再也不需要空调、风扇、再也没有噪音,计算密度极度提升,听上去很不可思议,是的,正如发明算盘的人不可理解今天的计算机。

【光存储的未来突破性技术】

再来看看光存储的未来科技。据悉,单盘300GB的蓝光盘2016年底就会量产出货。但是,其存储原理终究没有逃脱现有的框架。而脱离现有框架束缚的技术,则是全息存储以及立体复用技术,被认为是光存储系统的下一个突破性技术。

全息存储是利用参考光与物体反射光干涉之后,将干涉条纹存储下来,其可以记录物体表面的全部信息。这就像用普通相机拍照,照出来的是一张二维的饼子脸照片,可能与真人相去甚远,而全息照相技术能够把整个三维信息显示和还原出来。这方面更深层次的内容冬瓜哥就不懂了。其存取速度非常高,因为其利用光将信息整体还原出来,而不需要一个点一个点的去寻址、读写。

全息存储

全息存储采用晶体光栅来存储数据,所以本文一开始的场景,并非扯蛋,就这么神。

另一个技术则是用来提升光存储密度的,也就是复用技术。其实在通信领域,人们一直在利用各种复用技术提升数据传输带宽,比如频分复用、码分复用等。一个直观例子,万花筒。就那么几片彩纸,经过不同规律的反射,可以形成很多种组合。数据编码传输也是类似例子。再举个例子,在电影《超时空接触》中的某个情节就体现了复用技术,在电影中,人们从外星收到了一份信号,经过反复研究解码,最后发现该信号是图象传真,其利用了码分复用技术,同一份编码,不同的纬度组合起来可以表达多种信息。

利用空间立体复用技术,加上全息存储技术,科幻片里的场景将来某个时间一定会实现!而且存储寿命将会达到数百年!看来周董把对某人的爱写在西元前,还深埋在某平原,几十个世纪后依然可读的情怀,真的可以实现了。

全文完。

相关阅读:

《大话光存储(1)光存储基本原理》

《大话光存储(2)激光头和蓝光技术

《大话光存储(3) 光盘库系统架构剖析》

《大话蓝光存储(4)光存储系统生态》

 

作者:冬瓜哥

文章出处:大话存储

本文链接:http://www.yunweipai.com/9674.html

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