프로젝트 실리카의 유리 저장 기술 발전 (크롬브라우저 번역)
- 마이크로소프트 연구소가 1만 년 동안 정보를 보존할 수 있는 유리 기반 데이터 저장 장치에 대한 획기적인 연구 결과를 네이처( Nature) 지에 발표했습니다.
- 새로운 기술은 값비싼 용융 실리카에 적용되던 기술을 주방 조리기구에 흔히 사용되는 일반 붕규산 유리까지 확장했습니다.
- 혁신을 통해 더욱 빠른 병렬 쓰기, 간소화된 판독기(카메라 3개 대신 1개 사용), 그리고 더욱 쉬운 제조가 가능해졌습니다.
- 위상 복셀 방식은 단 하나의 레이저 펄스만 필요로 하므로 복잡성과 비용을 크게 줄입니다.
디지털 정보의 장기 보존은 자기 테이프와 하드 드라이브가 수십 년 내에 성능이 저하되기 때문에 오랫동안 기록 보관 담당자와 데이터 센터에 어려운 과제였습니다. 기존의 아카이브 저장 솔루션은 매체의 수명이 제한적이어서 미래 세대를 위해 정보를 보존하는 데 이상적이지 않습니다.
이제 저희는 실리카 프로젝트 의 상당한 진전을 보고드리게 되어 매우 기쁩니다.(새 탭에서 열립니다)우리는 펨토초 레이저를 이용해 유리에 데이터를 인코딩하는 기술을 개발하고 있는데, 이 기술은 1만 년 동안 정보를 보존할 수 있습니다. 유리는 물, 열, 먼지에 강한 영구적인 데이터 저장 소재입니다.
네이처(Nature) 에 발표된 연구 결과에 따르면(새 탭에서 열립니다)본 논문에서는 값비싼 용융 실리카를 넘어 일반 붕규산 유리까지 기술을 확장하는 획기적인 발전을 소개합니다. 쉽게 구할 수 있고 가격도 저렴한 이 소재는 주방 조리기구와 오븐 문에 사용되는 것과 동일한 재질입니다. 이번 발전은 상용화를 가로막는 주요 장벽이었던 저장 매체의 비용과 가용성 문제를 해결합니다. 우리는 고속 병렬 기록 기술의 핵심 원리를 밝혀냈을 뿐만 아니라, 기록된 유리에 대한 가속 노화 시험을 가능하게 하는 기술을 개발했습니다. 이를 통해 데이터가 최소 1만 년 동안 손상되지 않고 보존될 수 있음을 제시합니다.
펨토초 초로 유리 내부에 데이터 저장(새 탭에서 열립니다)레이저 펄스는 내구성이 뛰어나고, 변경 불가능하며, 수명이 긴 저장 기술을 구현할 수 있는 몇 안 되는 유망 기술 중 하나입니다. 저희는 수년간 이러한 유형의 저장 기술 혁신을 선도해 왔지만 , 이번 연구 이전에는 순수 용융 실리카 유리로만 이 기술을 적용할 수 있었습니다. 용융 실리카 유리는 제조가 비교적 어렵고 공급처도 제한적입니다.
본 논문에서는 붕규산 유리에 데이터를 저장하는 방법을 제시합니다. 새로운 기술은 기존 방식과 마찬가지로 두께가 2mm에 불과한 유리에 수백 개의 데이터 층을 저장할 수 있지만, 중요한 개선점을 제공합니다. 유리 판독기는 이제 카메라가 3~4개가 아닌 1개만 필요하므로 비용과 크기가 절감됩니다. 또한, 기록 장치에 필요한 부품 수가 줄어들어 제조 및 교정이 간편해지고, 데이터 인코딩 속도도 향상됩니다.
주요 과학적 발견
네이처 지에 실린 논문은 몇 가지 중요한 새로운 과학적 발견을 자세히 설명합니다.
복굴절 복셀 의 발전(새 탭에서 열립니다)쓰기 : 복굴절(즉, 편광) 복셀을 사용하는 용융 실리카 유리 기반 기존 데이터 저장 방식에서, 복셀 형성에 필요한 펄스 수를 다수의 펄스에서 단 두 개로 줄이는 기술을 개발했습니다. 특히, 첫 번째 펄스의 편광이 형성된 복셀의 편광에 영향을 미치지 않는다는 것을 보여주었습니다. 더 나아가, 편광을 설정한 후 단일 펄스를 분할하여 하나의 복셀(편광이 무관한 복셀)의 첫 번째 펄스와 다른 복셀(편광 설정이 필수적인 복셀)의 두 번째 펄스를 동시에 생성할 수 있는 유사 단일 펄스 쓰기 방식을 개발했습니다. 본 연구에서는 이러한 유사 단일 펄스 쓰기 방식을 이용하여 매체를 가로지르는 빔 스캐닝을 통해 빠른 쓰기를 구현하는 방법을 시연했습니다.
위상 복셀, 새로운 데이터 저장 방식 : 본 연구에서는 유리의 편광이 아닌 위상 변화를 이용하는 새로운 유리 기반 데이터 저장 방식인 위상 복셀을 개발했습니다. 이를 통해 단일 펄스만으로도 위상 복셀을 생성할 수 있음을 보여주었습니다. 또한, 붕규산 유리에서도 위상 복셀을 형성할 수 있음을 입증하고, 이 소재에 인코딩된 위상 복셀에서 위상 정보를 읽어내는 기술을 고안했습니다. 위상 복셀에서 발생하는 훨씬 높은 수준의 3차원 심볼 간 간섭을 머신러닝 분류 모델을 통해 완화할 수 있음을 보여주었습니다.
병렬 기록 기능 : 유리 내부의 예열 및 후열에 대한 수학적 모델과 다중 빔 전달 시스템의 발명을 결합하여, 유리에 많은 데이터 복셀을 동시에 근접하게 기록할 수 있음을 보여줌으로써 기록 속도를 크게 향상시켰습니다. 또한, 복셀 형성의 부산물로 발생하는 빛 방출을 정적 보정 및 동적 제어에 활용하여 자동 기록 작업을 완벽하게 지원하는 방법을 설명했습니다.
최적화 및 수명 테스트 : 머신러닝을 활용하여 심볼 인코딩을 최적화하는 새로운 방법을 개발했으며, 새로운 디지털 저장 시스템을 평가할 때 오류율, 오류 보호 및 오류 복구 간의 균형을 더 잘 이해하는 방법을 개발했습니다. 또한 새로운 비파괴 광학적 방법을 개발했습니다.(새 탭에서 열립니다)유리 내 데이터 저장 복셀의 노화를 식별하기 위해, 본 연구 결과와 표준 가속 노화 기술을 활용하여 10,000년 동안 지속되는 데이터 보존을 지원합니다. 또한, 업계 표준 그레이 코드를 확장하여 2의 거듭제곱이 아닌 심볼 개수에도 적용할 수 있도록 했습니다.
데이터로 작성된 프로젝트 실리카 미디어의 일부입니다.
연구용 라이터는 유리 표면에 데이터를 가장 빠른 속도로 기록한 적이 있습니다.
유리에서 데이터를 추출하는 연구용 등급의 판독기.
레이저 펄스에 고속 다중 빔 데이터 인코딩을 하는 라이터의 근접 사진.
기술 시연
연구 프로젝트인 실리카 프로젝트는 워너 브라더스의 영화 "슈퍼맨"을 석영 유리판에 저장하는 것을 포함한 여러 개념 증명을 통해 이러한 기술 발전을 입증했습니다.(새 탭에서 열립니다)글로벌 뮤직 볼트 와 파트너십을 맺었습니다.(새 탭에서 열립니다)음악을 얼음 속에 1만 년 동안 보존하기 위해(새 탭에서 열립니다)그리고 학생들과 함께 "골든 레코드 2.0" 프로젝트를 진행하고 있습니다.(새 탭에서 열립니다)이미지, 소리, 음악, 구어 등을 디지털 방식으로 선별하여 구축한 아카이브로, 수천 년에 걸쳐 인류의 다양성을 표현하고 보존하기 위해 크라우드소싱 방식으로 수집되었습니다.
앞으로 나아가며
연구 단계는 이제 완료되었으며, 우리는 디지털 정보의 지속 가능하고 장기적인 보존 필요성에 대한 지속적인 연구를 진행하면서 실리카 프로젝트에서 얻은 교훈을 계속해서 검토하고 있습니다. 이 논문은 다른 연구자들이 이를 바탕으로 연구를 발전시킬 수 있도록 우리의 출판물 에 추가되었습니다.
관련 작업
프로젝트 실리카는 유리 레이저 직접 쓰기(LDW) 기술 외에도 아카이브 저장 시스템 설계, 아카이브 워크로드 분석, 데이터센터 로봇 공학, 소거 코딩, 자유 공간 광학 부품, 저장 시스템에서 기호 디코딩을 위한 머신 러닝 기반 방법 등 여러 분야에서 과학적 발전을 이루어냈습니다. 이러한 혁신들의 상당수는 2025년에 발표된 ACM Transactions on Storage 논문(새 탭에서 열림)에 상세히 기술되어 있습니다.
Laser writing in glass for dense, fast and efficient archival data storage | Nature
"야 옵티머스 윗위키 할아버지 안경에 새긴 방법이 저거 아이가?"
라고 하시네요.