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Millionen-Jahres-Datenspeicherdisk vorgestellt
Bereits 1956 stellte IBM den weltweit ersten kommerziellen Computer vor, der Daten auf einem Magnetplattenlaufwerk speichern konnte. Der IBM 305 RAMAC verwendete fünfzig 24-Zoll-Discs, um bis zu 5 MB zu speichern, eine beeindruckende Leistung zu dieser Zeit. Heute ist es jedoch nicht schwer, Festplatten zu finden, die 1 TB Daten auf einer einzigen 3,5-Zoll-Festplatte speichern können.
Aber trotz dieser enormen Zunahme der Speicherdichte und einer ähnlich beeindruckenden Verbesserung der Energieeffizienz hat sich eines nicht geändert. Die Lebensdauer, über die Daten auf Magnetplatten gespeichert werden können, beträgt immer noch etwa ein Jahrzehnt.
Das wirft ein interessantes Problem auf. Wie können wir Informationen über unsere Zivilisation auf einer Zeitskala aufbewahren, die sie überdauert? Mit anderen Worten, welche Technologie kann Informationen zuverlässig für 1 Million Jahre oder länger speichern?
Heute bekommen wir dank der Arbeit von Jeroen de Vries von der Universität Twente in den Niederlanden und einigen Freunden eine Antwort. Diese Jungs haben eine Festplatte entworfen und gebaut, die Daten über diesen Zeitraum hinweg speichern kann. Und sie haben beschleunigte Alterungstests durchgeführt, die zeigen, dass Daten 1 Million Jahre und möglicherweise länger gespeichert werden können.
Diese Jungs beginnen mit einer Theorie über das Altern. Es ist offensichtlich unpraktisch, ein Alterungsexperiment in Echtzeit durchzuführen, insbesondere wenn die Zeiträume in Millionen von Jahren gemessen werden. Aber es gibt eine Möglichkeit, den Alterungsprozess zu beschleunigen.
Dies basiert auf der Idee, dass Daten in einem Energieminimum gespeichert werden müssen, das durch eine Energiebarriere von anderen Minima getrennt ist. Um Daten zu korrumpieren, indem beispielsweise eine 0 in eine 1 umgewandelt wird, ist genügend Energie erforderlich, um diese Barriere zu überwinden.
Die Wahrscheinlichkeit, dass das System auf diese Weise springt, wird durch eine Idee bestimmt, die als Arrhenius-Gesetz bekannt ist. Dabei hängt die Wahrscheinlichkeit des Überspringens der Barriere von Faktoren wie der Temperatur, der Boltzmann-Konstante und der Häufigkeit, mit der ein Sprung versucht werden kann, ab, die mit dem Niveau der Atomschwingungen zusammenhängt.
Einige einfache Berechnungen zeigen, dass die erforderliche Energiebarriere für eine Million Jahre 63 KBT oder 70 KBT für eine Milliarde Jahre beträgt. Diese Werte liegen gut im Bereich der heutigen Technik, sagen de Vries und Co.
Und um das zu beweisen, bauen sie eine Festplatte, die Informationen für diesen Zeitraum speichern kann. Die Scheibe ist einfach in der Konzeption. Die Daten werden in dem in eine dünne Metallscheibe geätzten Linienmuster gespeichert und anschließend mit einer Schutzschicht überzogen.
Das fragliche Metall ist Wolfram, das sie aufgrund seiner hohen Schmelztemperatur (3.422 ° C) und seines niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wählten. Als Schutzschicht wurde Siliziumnitrid (Si3N4) wegen seiner hohen Bruchfestigkeit und seines geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten gewählt.
Diese Jungs haben ihre Disc mit Standardmustertechniken hergestellt und Daten in Form von QR-Codes mit 100 nm breiten Linien gespeichert. Anschließend erhitzten sie die Platten bei verschiedenen Temperaturen, um zu sehen, wie sich die Daten entwickelten.
Die Ergebnisse sind beeindruckend. Nach dem Arrhenius-Gesetz müsste eine Scheibe, die eine Million Jahre überleben kann, 1 Stunde bei 445 Kelvin überleben, ein Test, den die neuen Scheiben mit Leichtigkeit bestanden. Tatsächlich überlebten sie Temperaturen von bis zu 848 Kelvin, wenn auch mit erheblichen Informationsverlusten.
Dies lässt sich gut mit dem Rosetta-Projekt vergleichen, einem Vorschlag der Long Now Foundation, Archivmaterialien zu erstellen, die Informationen über einen Zeitraum von mehr als 10.000 Jahren speichern können.
Die neue Arbeit legt nahe, dass wir in der Lage sein sollten, eine beträchtliche Menge an Informationen für zukünftige Zivilisationen, vielleicht sogar für außerirdische, zu bewahren.
Es gibt natürlich Vorbehalte. Die Theorie des beschleunigten Alterns gilt nur unter ganz bestimmten Umständen und sagt nichts über die Überlebensfähigkeit in anderen Fällen aus. Es ist schwer vorstellbar, dass die neue Scheibe beispielsweise einen Meteoriteneinschlag überlebt. Tatsächlich wäre es unwahrscheinlich, dass es die Temperaturen überlebt, die bei einem gewöhnlichen Hausbrand auftreten können.
Aber de Vries und Co sind zuversichtlich, noch robustere Datenspeichersysteme herstellen zu können. Ihre Arbeit ist ein interessanter Schritt, um unsere Daten für zukünftige Zivilisationen zu bewahren.
Ref: arxiv.org/abs/1310.2961 : Auf dem Weg zur Gigajahr-Speicherung mit einem Medium auf Siliziumnitrid-/Wolframbasis