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Un disque optique 5D pourrait stocker 500 To pendant des milliards d'années,
Grâce à une méthode d'écriture laser rapide et économe en énergie

Le , par Bruno

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10  0 
Des chercheurs de l'université de Southampton ont mis au point une méthode d'écriture laser rapide et économe en énergie pour produire des nanostructures à haute densité dans du verre de silice, rapporte Optica. Ces minuscules structures peuvent être utilisées pour le stockage optique à long terme de données en cinq dimensions (5D), plus de 10 000 fois dense que la technologie de stockage sur disque optique Blue-Ray.

Ce type de stockage de données utilise trois couches de points de taille nanométrique dans un disque en verre. La taille, l'orientation et la position (en trois dimensions) des points donnent les cinq "dimensions" utilisées pour coder les données. Selon les chercheurs, un disque 5D pourrait rester lisible après 13,8 milliards d'années, mais il serait surprenant que quelqu'un soit encore là pour le lire à ce moment-là. À plus court terme, les supports optiques 5D pourraient également survivre après avoir été chauffés à 1 000 degrés Celsius.

La technique mise au point par le chercheur doctorant Yuhao Lei utilise un laser femtoseconde à haut taux de répétition. Le processus commence par une impulsion d'ensemencement qui crée un nanovoïde, mais l'impulsion rapide n'a pas besoin d'écrire réellement des données. Les impulsions faibles répétées exploitent un phénomène connu sous le nom d'amélioration du champ proche pour sculpter les nanostructures de manière plus douce. Les chercheurs ont évalué des impulsions laser à différents niveaux de puissance et ont trouvé un niveau qui accélère l'écriture sans endommager le disque en verre de silice.

Écriture laser de structures de biréfringence dans du verre de silice


  • (a) Schéma de l'installation d'écriture laser. EOM est un modulateur électro-optique et QWP est une plaque quart d'onde ;
  • (b) Images de l'azimut de l'axe lent des voxels écrits par 100 impulsions laser d'une énergie de 30 nJ à différents taux de répétition de 1 à 10 MHz.

La durée de l'impulsion et la longueur d'onde dans (b) sont respectivement de 250 fs et 515 nm. Les pseudo-couleurs (en médaillon) indiquent l'orientation locale de l'axe lent.

L'étude fait état d'un débit de données maximal d'un million de voxels par seconde, mais chaque bit nécessite plusieurs voxels dans les systèmes optiques 5D. Cela équivaut à un débit de données d'environ 230 kilo-octets par seconde. À ce stade, il devient possible de remplir l'un des disques, dont la capacité est estimée à 500 To. Il faudrait environ deux mois pour écrire une telle quantité de données, après quoi elles ne pourraient plus être modifiées.

« Les particuliers et les organisations génèrent des ensembles de données de plus en plus volumineux, ce qui crée un besoin désespéré de formes de stockage de données plus efficaces, dotées d'une grande capacité, d'une faible consommation d'énergie et d'une longue durée de vie », a déclaré le chercheur Yuhao Lei, de l'université de Southampton, au Royaume-Uni. « Alors que les systèmes basés sur le cloud sont plutôt conçus pour des données temporaires, nous pensons que le stockage de données 5D dans le verre pourrait être utile pour le stockage de données à plus long terme pour les archives nationales, les musées, les bibliothèques ou les organisations privées », a-t-il ajouté.

Bien que le stockage optique de données 5D dans des matériaux transparents ait déjà fait l'objet de démonstrations, il s'est avéré difficile d'écrire des données assez rapidement et avec une densité suffisante pour les applications du monde réel. Pour surmonter cet obstacle, les chercheurs ont utilisé un laser femtoseconde à haut taux de répétition pour créer de minuscules puits contenant une structure unique de type nanolamelle mesurant à peine 500 x 50 nanomètres chacun.

Plutôt que d'utiliser le laser femtoseconde pour écrire directement dans le verre, les chercheurs ont exploité la lumière pour produire un phénomène optique connu sous le nom d'amélioration du champ proche, dans lequel une structure de type nanolamelle est créée par quelques faibles impulsions lumineuses, à partir d'un nanovoïde isotrope généré par une micro-explosion à impulsion unique. L'utilisation de l'amélioration du champ proche pour fabriquer les nanostructures a permis de minimiser les dommages thermiques qui ont été problématiques pour d'autres approches utilisant des lasers à haute fréquence de répétition.

Les nanostructures étant anisotropes, elles produisent une biréfringence qui peut être caractérisée par l'orientation de l'axe lent de la lumière (4e dimension, correspondant à l'orientation de la structure en forme de nanolamelle) et la force du retard (5e dimension, définie par la taille de la nanostructure). Lorsque les données sont enregistrées dans le verre, l'orientation de l'axe lent et la force du retardement peuvent être contrôlées par la polarisation et l'intensité de la lumière, respectivement.

« Cette nouvelle approche améliore la vitesse d'écriture des données à un niveau pratique, de sorte que nous pouvons écrire des dizaines de gigaoctets de données en un temps raisonnable, a déclaré Lei. Les nanostructures de précision hautement localisées permettent une plus grande capacité de données, car davantage de voxels peuvent être écrits dans une unité de volume. En outre, l'utilisation de la lumière pulsée réduit l'énergie nécessaire à l'écriture. »

Les chercheurs ont utilisé leur nouvelle méthode pour écrire 5 gigaoctets de données textuelles sur un disque en verre de silice de la taille d'un disque compact classique, avec une précision de lecture de près de 100 %. Chaque voxel contenait quatre bits d'information, et tous les deux voxels correspondaient à un caractère de texte. Avec la densité d'écriture offerte par la méthode, le disque pourrait contenir 500 téraoctets de données. Grâce à des mises à niveau du système permettant une écriture parallèle, les chercheurs affirment qu'il devrait être possible d'écrire cette quantité de données en 60 jours environ.

Avec le système actuel, nous avons la capacité de préserver des téraoctets de données, ce qui pourrait être utilisé, par exemple, pour préserver les informations de l'ADN d'une personne travaille maintenant à augmenter la vitesse d'écriture de leur méthode et à rendre la technologie utilisable en dehors du laboratoire. Des méthodes plus rapides de lecture des données devront également être développées pour des applications pratiques de stockage de données.

Plutôt que d'utiliser le laser femtoseconde pour écrire directement dans le verre, les chercheurs ont exploité la lumière pour produire un phénomène optique connu sous le nom d'amélioration du champ proche, dans lequel une structure de type nanolamelle est créée par quelques faibles impulsions lumineuses, à partir d'un nanovoïde isotrope généré par une micro-explosion à impulsion unique. L'utilisation de l'amélioration du champ proche pour fabriquer les nanostructures a permis de minimiser les dommages thermiques qui ont été problématiques pour d'autres approches utilisant des lasers à haute fréquence de répétition.

Dépendance de la modification de type nanolamelles sur les paramètres du laser


à droite, diagrammes polaires de l'azimut et du retard des voxels écrits par des impulsions de 190 fs (en haut) et 700 fs (en bas).

  • (a) Retardance des voxels en fonction du nombre d'impulsions d'écriture imprimées avec/sans PEM, où le nombre d'impulsions d'ensemencement est de deux ;
  • (b) fenêtres d'énergie d'ensemencement et d'écriture et images de structures avec dommages (rouge), voxels biréfringents (vert) et voxels incohérents (bleu) ;
  • (c) à gauche, retard et erreur d'azimut des voxels en fonction de la durée de l'impulsion pour deux impulsions d'ensemencement et huit impulsions d'écriture ;
  • (d) retard des structures de type nanolamelles écrites par PEM à une longueur d'onde de 515 et 1030 nm en fonction du nombre d'impulsions d'écriture.
  • (e) Spectres de transmission de 10 couches de voxels par rapport au verre de silice vierge.

Les énergies des impulsions d'ensemencement et d'écriture pour 515 nm (1030 nm) étaient de 36 nJ (150 nJ) et 16,8 nJ (96 nJ), respectivement, et la durée de l'impulsion était de 190 fs.

Les nanostructures étant anisotropes, elles produisent une biréfringence qui peut être caractérisée par l'orientation de l'axe lent de la lumière (4e dimension, correspondant à l'orientation de la structure en forme de nanolamelle) et la force du retard (5e dimension, définie par la taille de la nanostructure). Lorsque les données sont enregistrées dans le verre, l'orientation de l'axe lent et la force du retardement peuvent être contrôlées par la polarisation et l'intensité de la lumière, respectivement.

« Cette nouvelle approche améliore la vitesse d'écriture des données à un niveau pratique, de sorte que nous pouvons écrire des dizaines de gigaoctets de données en un temps raisonnable, a déclaré Lei. Les nanostructures de précision hautement localisées permettent une plus grande capacité de données, car davantage de voxels peuvent être écrits dans une unité de volume. En outre, l'utilisation de la lumière pulsée réduit l'énergie nécessaire à l'écriture. »


Les chercheurs ont utilisé leur nouvelle méthode pour écrire 5 gigaoctets de données textuelles sur un disque en verre de silice de la taille d'un disque compact classique, avec une précision de lecture de près de 100 %. Chaque voxel contenait quatre bits d'information, et tous les deux voxels correspondaient à un caractère de texte. Avec la densité d'écriture offerte par la méthode, le disque pourrait contenir 500 téraoctets de données. Grâce à des mises à niveau du système permettant une écriture parallèle, les chercheurs affirment qu'il devrait être possible d'écrire cette quantité de données en 60 jours environ.

Avec le système actuel, nous avons la capacité de préserver des téraoctets de données, ce qui pourrait être utilisé, par exemple, pour préserver les informations de l'ADN d'une personne travaille maintenant à augmenter la vitesse d'écriture de leur méthode et à rendre la technologie utilisable en dehors du laboratoire. Des méthodes plus rapides de lecture des données devront également être développées pour des applications pratiques de stockage de données.

Source : Optica

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Avatar de chrtophe
Responsable Systèmes https://www.developpez.com
Le 03/11/2021 à 20:31
Pendant des milliards d'années, je suis sceptique quand-même.

Arte avait diffusé un reportage intéressant sur le sujet "Nos ordinateurs ont-ils la mémoire courte ?"
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Avatar de diamondsoftware
Membre du Club https://www.developpez.com
Le 04/11/2021 à 9:02
Le support c'est bien mais quand est il du lecteur? on a deja du mal a relire des cartouches zip des années 2000... alors...
4  0 
Avatar de chrtophe
Responsable Systèmes https://www.developpez.com
Le 06/11/2021 à 11:43
Si on reste sur l'essentiel, c'est à dire des données pouvant servir à nos descendants va se présenter un simple problème : lire notre écriture. Les hiéroglyphes ont entre 2000 à 4000 ans je pense, ce qui n'est rien à l'échelle géologique, et on est à peine capable de les déchiffrer. d'autres écritures de même age sont indéchiffrables.

Et dans un avenir plus lointain,une probable extinction massive type dinosaure ou même supérieure d'ici plusieurs millions d'années détruira l'humanité si celle n'a pas quitté son berceau terrestre.

Alors parler de milliards d'années ...
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Avatar de calvaire
Membre chevronné https://www.developpez.com
Le 12/11/2021 à 8:16
Citation Envoyé par cdubet Voir le message
Quant a refabriquer un lecteur, bon courage. vous croyez vraiement qu on serait capable aujourd hui de refabriquer un lecteur de disquette 5 1/4 ?
Les composants electroniques n existent tout simplement plus !
Apre sil y a d autres porbleme tout bete: pour votre lecteur de disquette il faut une connectique qui n existe plus.
Si par miracle vous recuperez les fichier encore faudrait il pouvoir les lire. Je suis pas sur qu on soit encore capable de lire un format word de 1990 ou un tableur multiplan de la fin des annees 80 (multiplan est l ancetre d excel). Et la je ne parle meme pas des societes qui ont disparut. Comment lire un fichier sprint de borland (traitement de texte de 1990) ?

Je sais que ca va etre retro mais je pense que la seule solution c est le papier. ca dure plusieurs centaines d annees et n importe qui peut le lire sans avoir besoin de quoique ce soit
j'ai acheté il y'a 3ans un lecteur disquette 3 pouces usb sur amazon, donc oui ca peut se refabriquer et être compatible avec les connectiques d'aujourd'hui.
Pour le 5 pouce, si il y'a de la demande tkt une usine chinoise le fabriquera 1 semaine plus tard.

Quel interet d avoir un systeme capable de tenir des milliers d annees si on doit reecrire les donnees tous les 10 ans sur un nouveau support ?
car la technologie évolue... si dans 10ans on double la capacité du disque pour 1 même surface, il pourrait être intéressant de réduire par 2 le volume pris.
Ou aussi pour éviter de multiplier les technos, si on fait des sauvegarde de manière continue, il serait préférable de se débarrasser des vieux disques pour pas maintenir trop de système différent en même temps.
surtout que les nouveaux disques devrait pouvoir stocker plus et avoir des débits en lecture/écriture plus rapide.
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Avatar de Escapetiger
Expert éminent https://www.developpez.com
Le 04/11/2021 à 12:56
Citation Envoyé par chrtophe Voir le message
Arte avait diffusé un reportage intéressant sur le sujet "Nos ordinateurs ont-ils la mémoire courte ?"

«
Nos ordinateurs ont-ils la mémoire courte ? (FR)

"Sombre menace sur le numérique : nos supports sont fragiles, nos données informatiques en danger. Ce documentaire explore les alternatives pour éviter à notre époque de perdre la mémoire. De récentes recherches ont démontré que les CD et autres disques durs s'avéraient largement moins fiables pour la sauvegarde des informations que la pierre (dont la durée de vie est estimée à 10 000 ans), les parchemins (1 000 ans) ou la pellicule (100 ans). Plus fragile et instable, le matériel informatique fait courir à terme un danger pour nos données les plus essentielles. Dans 500 ans, par exemple, comment garantir que les emplacements des déchets nucléaires seront toujours bien transmis ? En faisant le pari du tout-numérique, notre société s'est-elle trompée ? Le stockage infini de nos données et la sécurité de leur conservation, préceptes de base de notre croyance technologique, ont été surévalués par les fabricants. Aussi paradoxal que cela paraisse, notre monde numérique doit apprendre à créer de la mémoire.

La nouvelle vie de l'ADN
Plongeant avec la rigueur d'une investigation scientifique au cœur des systèmes informatiques (de la fabrication des CD à la multiplication des data centers à travers le monde), ce documentaire envoie un signal d'alerte et prend acte d'un changement de logique sociétale : il faut trouver de nouveaux supports. Le film recense certaines des plus singulières recherches des laboratoires : le quartz mais aussi… l'ADN sont pressentis. Faudra-t-il repasser au papier, qui somme toute a traversé les âges ? Une enquête salutaire sur des enjeux très contemporains."
»

Source :
Code : Sélectionner tout
https://www.dailymotion.com/video/x5lts2r
Nos ordinateurs ont-ils la mémoire courte ? (FR) - Vidéo Dailymotion
1  0 
Avatar de calvaire
Membre chevronné https://www.developpez.com
Le 05/11/2021 à 21:05
ca date pas d'hier le probleme de stockage.
depuis le début de l'informatique, combien de programmes et de jeux videos avons nous perdu à jamais ?

Citation Envoyé par diamondsoftware Voir le message
Le support c'est bien mais quand est il du lecteur? on a deja du mal a relire des cartouches zip des années 2000... alors...
ce n'es pas un probleme en soit.
j'ai transférer mes donnée de diskettes et cd vers un hdd et ce hdd je l'ai transféré vers un ssd.
mes VHS vers des dvd et ces dvd vers un HDD

il faut juste assurer la transition. Au pire un lecteur sa peut se refabriquer pour un grosse boite qui aurait besoin de récupérer les données.
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Avatar de cdubet
Membre averti https://www.developpez.com
Le 11/11/2021 à 7:42
Citation Envoyé par calvaire Voir le message
ce n'es pas un probleme en soit.
j'ai transférer mes donnée de diskettes et cd vers un hdd et ce hdd je l'ai transféré vers un ssd.
mes VHS vers des dvd et ces dvd vers un HDD

il faut juste assurer la transition. Au pire un lecteur sa peut se refabriquer pour un grosse boite qui aurait besoin de récupérer les données.
Quel interet d avoir un systeme capable de tenir des milliers d annees si on doit reecrire les donnees tous les 10 ans sur un nouveau support ?
Quant a refabriquer un lecteur, bon courage. vous croyez vraiement qu on serait capable aujourd hui de refabriquer un lecteur de disquette 5 1/4 ?
Les composants electroniques n existent tout simplement plus !
Apre sil y a d autres porbleme tout bete: pour votre lecteur de disquette il faut une connectique qui n existe plus.
Si par miracle vous recuperez les fichier encore faudrait il pouvoir les lire. Je suis pas sur qu on soit encore capable de lire un format word de 1990 ou un tableur multiplan de la fin des annees 80 (multiplan est l ancetre d excel). Et la je ne parle meme pas des societes qui ont disparut. Comment lire un fichier sprint de borland (traitement de texte de 1990) ?

Je sais que ca va etre retro mais je pense que la seule solution c est le papier. ca dure plusieurs centaines d annees et n importe qui peut le lire sans avoir besoin de quoique ce soit
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Avatar de byrautor
Membre confirmé https://www.developpez.com
Le 11/11/2021 à 11:20
très bons commentaires, bien argumentés
Merci à tous
GB
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Avatar de chrtophe
Responsable Systèmes https://www.developpez.com
Le 13/11/2021 à 9:00
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Nous le donnons, je ne vois pas en quoi nous trompons le débat.

Par contre il y a deux éléments, la durée de stockage, et la volumétrie sur un disque optique. Nous n’avons pas parlé de celle-ci, qui aura une utilité pour l'archivage, même à une échelle de temps non géologique, sauf à avoir le même type de problèmes qu'avec les CD-ROM/DVD-ROM donnée pour 20 ans, 15% n'ont une durée de vie que de 1 à 5 ans.
1  0 
Avatar de chrtophe
Responsable Systèmes https://www.developpez.com
Le 15/11/2021 à 19:27
çà je ne le savais pas et ne l'ai pas remarqué sur mes enregistrements, vidéos ou sonores, où un manque de bit ne doit pas se voir ou s'entendre.
il faut savoir que sur un CD/DVD, une partie des données sert à la correction d'erreur. Le support peut avoir un début d'endommagement tout en étant encore utilisable.
Même un cd non utilisé peut s'endommager, notamment avec l'encre de la surface qui va venir dégrader les données avec le temps.
J'ai aussi eu plusieurs fois le cas de CD gravés exploser en mille morceaux mettant en panne le lecteur en plus de la perte du CD. Mais je pense que c'est surtout les CD gravés, pas les CD pressés (CD pressé=copie de CD en usine).
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