La era de la información ya está aquí y con ella, la necesidad de almacenar información es cada vez más acuciante. En este sentido juega un papel clave Proyecto Silica, un invento de Microsoft para almacenar datos en cristales por miles de años.
Un proyecto que lleva desarrollándose sobre la mesa de Microsoft desde 2016 y que acaba de dar un salto que podría democratizar este estándar poderosamente. Y es que según apunta Microsoft, han pasado del uso del vidrio de sílice fundido puro al vidrio de borosilicato.
Un material mucho más común, que otorga varios beneficios directos sobre Proyecto Silica y que se puede llegar a encontrar, dicen desde Redmond, en utensilios de cocina y en otros objetos cotidianos.
¿Qué es Proyecto Silica?
Proyecto Silica nace de la necesidad humana actual de preservar la información. Cada día, el ser humano genera de la nada más de 300 millones de terabytes de datos, lo que al año se traduce en 175 zetabytes.
El problema, sobre todo en el momento geopolítico que nos encontramos ahora, es que estos datos podrían perderse para siempre en un apocalipsis. Apagones, tormentas solares, la desaparición de soportes físicos de almacenamiento...
Project Silica de Microsoft
La idea es poder almacenar datos en cristales de sílice de cuarzo para preservarlos durante miles de años. En 2019 se aliaron con Warner Bros para guardar y leer una copia de Superman, la cinta original de 1978 en un cristal de 75 x 75 milímetros y 2 mm de grosor.
Un disco que en aquel momento poseía una capacidad de 75,6 GB, y que según Microsoft, podría durar el orden de 1.000 años. Además, era resistente al calor, al agua, a la desmagnetización y a las rayaduras.
Supone una alternativa a las tecnologías magnéticas que se usan en unidades de disco duro o cintas. Estas proporcionan almacenamientos baratos y fiables, pero sufren en el terreno de la longevidad; están preparadas para funcionar un máximo de 10 años.
A todo esto debemos sumarle los costes para migrar la información a nuevos soportes y el mantenimiento de los mismos, en procesos que implican inversiones y costes adicionales.
Los cuatro rollos de película de Superman cupieron en un pequeño cristal de cuarzo
Proyecto Silica propone un sistema de almacenamiento basado en la nube, respaldado por vidrio de cuarzo. Se vale de un soporte duradero, "químicamente inerte y resistente de bajo coste, impermeable a las interferencias electromagnéticas".
Los cristales que trata Microsoft se quitan de encima la necesidad de actualizar los datos con regularidad y revisarlos para comprobar si tienen daños. Es aquí donde entran en juego las placas de cristal de cuarzo.
Para grabar la información en estas placas, se usan unos láseres ultrarrápidos de femtosegundos que escriben 'vóxeles', que son modificaciones permanentes de la estructura física del vidrio. Estos permiten codificar múltiples bits de datos en sucesivas capas 2D.
Microsoft explica que para que la escritura de los datos sea rápida, los ingenieros de Silica escanearon rápidamente "los pulsos láser a lo largo del soporte, mediante un escáner similar al usado en los lectores de códigos de barras".
El sistema para escribir datos con láser en el vidrio
Ya en la fase de lectura se usa microscopía de polarización, capaz de obtener imágenes muy rápidamente. De esta forma la unidad de lectura escanea distintos sectores de información con un patrón en forma de Z, para luego descodificar esas imágenes y convertir las señales analógicas en digitales.
La idea de Microsoft en este sentido es la de desarrollar grandes bibliotecas automatizadas, en las que cada cristal ocupe una posición determinada, con bastidores independientes de lectura, escritura y almacenamiento.
En estas, robots diseñados para cada tarea accederán a estos discos de cristal. Un detalle es que los bastidores en cuestión no requieren de alimentación eléctrica, por lo que el ahorro de energía es enorme respecto a los centros de datos actuales.
Además, para impedir que cualquiera de los cristales pueda sobrescribirse, los bastidores de escritura están separados del resto de la biblioteca y el paso de uno a otro es unidireccional.
Biblioteca automatizada de Project Silica
Así, los vidrios, una vez utilizados para almacenar información, no pueden volver en ningún caso a la zona en la que se escriben los datos.
Los avances del Proyecto Silica
El avance ha sido detallado en la revista Nature, y se basa en un cambio profundo en el tipo de material usado. Microsoft habla de la extensión de Silica más allá del sílice fundido, el cual es tremendamente costoso.
Los de Redmond han incorporado a la ecuación el vidrio de borosilicato común. Un material que, explican los de Microsoft, es bastante menos costoso y que es fácil de obtener. Por ejemplo, es el que se usa en puertas de hornos y en útiles de cocina.
El avance se centra en la facilitación de la comercialización de esta tecnología a través de la reducción de la disponibilidad y los costes de los medios de almacenamiento.
Escritor de nivel de investigación usado para establecer el ´record de escritura de datos a alta velocidad.
No solo eso. Microsoft ha desvelado la ciencia de la escritura paralela a alta velocidad y desarrollado una técnica específica que permite "realizar pruebas de envejecimiento acelerado en el vidrio escrito".
Esto da como resultado la preservación de datos por nada menos que 10.000 años, una cifra 10 veces superior a la que se barajaba en los primeros estertores de Proyecto Silica con unos 1.000 años de tiempo.
Y es que la técnica antes mencionada de almacenamiento dentro del cristal con femtosegundos y pulsos láser solo funcionaba con vidrio de sílice fundido puro, un tipo de cristal difícil de fabricar y que no tiene tanta disponibilidad como el borosilicato común.
El avance consiste precisamente en el almacenamiento de datos en cristales de borosilicato, con una nueva técnica que almacena cientos de capas de datos en cristales de apenas 2 milímetros de espesor.
Lector para recuperar datos del vidrio.
Las mejoras respecto al modelo pasado son sustanciales. El lector para el cristal ahora solo necesita una única cámara, en lugar de las 3 o 4 que se requerían antes, lo que reduce el tamaño y el coste de las operaciones.
Además, los dispositivos de escritura requieren una menor cantidad de piezas, lo que a su vez facilita la calibración y fabricación de estos dispositivos. Por si fuera poco, también les permite codificar datos con mayor rapidez.
La técnica reduce el número de pulsos usados para formar la cantidad de vóxeles necesarios, reduciendo la cifra a 2, "mostrando críticamente que la polarización del primer pulso no es importante para la polarización del vóxel formado".
Microsoft habla de la invención de un nuevo tipo de almacenamiento de datos en cristal, conocido como "vóxeles de fase". Se modifica el cambio de fase del vidrio en lugar de su polarización, lo que demuestra que para generar un vóxel de fase, solo se necesita un pulso.
Primer plano del escritor que muestra la codificación de datos multihaz de alta velocidad en pulsos láser.
Dichos vóxeles de fase también pueden formarse en cristales de borosilicato, lo que llevó a que Microsoft pudiera desarrollar una técnica para leer la información de fase de estos vóxeles codificados en los materiales en cuestión.
"Demostramos que los niveles mucho más altos de interferencia tridimensional entre símbolos en los vóxeles de fase pueden mitigarse mediante un modelo de clasificación de aprendizaje automático".
Por otro lado, Microsoft pudo escribir muchos vóxeles de datos en proximidad en el vidrio combinando un modelo matemático de precalentamiento y poscalentamiento dentro del vidrio con un nuevo sistema de entrega multihaz, lo que según Microsoft aumenta enormemente la velocidad de escritura.
El aprendizaje automático sirvió para que se pudieran desarrollar nuevas formas de optimizar la codificación de símbolos y lograr así una mejor comprensión del equilibrio entre las tasas de error y la protección o recuperación de errores.
En este sentido, Microsoft habla de la creación de un nuevo método óptico no destructivo, usando una nueva técnica combinada con técnicas de envejecimiento acelerado para identificar, valga la redundancia, el envejecimiento de los vóxeles de almacenamiento de datos en el cristal y así respaldar datos con una duración de 10.000 años.