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Project Silica introduces new techniques for encoding data in borosilicate glass, as described in the journal Nature. These advances lower media cost and simplify writing and reading systems while supporting 10,000-year data preservation. The post Project Silica’s advances in glass storage technology featured in Nature appeared first on Microsoft Research .
AI 生成摘要
Project Silica 在玻璃數據編碼技術上取得重大進展，透過使用低成本的硼矽酸鹽玻璃與飛秒雷射技術，實現了可保存萬年的高速度、低成本數據儲存方案。
發佈日期：2026 年 2 月 18 日
作者：Richard Black，合夥研究經理
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數位資訊的長期保存一直以來都是檔案保管員和資料中心的挑戰，因為磁帶和硬碟會在數十年內降解。現有的檔案儲存解決方案其媒介壽命有限，對於為後代子孫保存資訊而言並不理想。
現在，我們很高興能報告 Project Silica (在新分頁開啟) 的重大進展。這是我們致力於使用飛秒雷射在玻璃中編碼數據的研究，這項技術可以保存資訊長達 10,000 年。玻璃是一種永久性的數據儲存材料，具備抗水、耐熱且防塵的特性。
在發表於《Nature》的研究結果中，我們描述了一項突破，將該技術從昂貴的熔融石英擴展到普通的硼矽酸鹽玻璃。這是一種隨處可得且成本較低的媒介，與廚房炊具和烤箱門中使用的材料相同。這項進展解決了商業化的關鍵障礙：儲存媒介的成本與供應。我們已經解開了並行高速寫入的科學原理，並開發了一種技術，允許對寫入的玻璃進行加速老化測試，結果顯示數據應可保持完好至少 10,000 年。
使用飛秒 (在新分頁開啟) 雷射脈衝在玻璃內部儲存數據，是目前少數具有耐用、不可篡改且長壽命儲存潛力的前瞻技術之一。雖然我們多年來一直引領這類儲存技術的創新，但在這項研究之前，該技術僅適用於純熔融石英玻璃，這種玻璃製造相對困難，且僅有少數來源供應。
在論文中，我們展示了數據如何儲存在硼矽酸鹽玻璃中。這項新技術與以往的方法一樣，能在僅 2 毫米薄的玻璃中儲存數百層數據，但有重要的改進。玻璃讀取器現在只需要一個攝像頭，而非三到四個，從而降低了成本和體積。此外，寫入裝置所需的零件更少，使其更易於製造和校準，並能更快地編碼數據。
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《Nature》論文詳細介紹了幾項關鍵的新科學發現：
雙折射體素 (在新分頁開啟) 寫入的進展：針對先前在熔融石英玻璃中使用雙折射（即偏振）體素的數據儲存方式，我們開發了一種技術，將形成體素所需的脈衝數量從多個減少到僅兩個，關鍵在於證明了第一個脈衝的偏振對於所形成體素的偏振並不重要。我們進一步發展了這一點，實現了「偽單脈衝寫入」，即單個脈衝在設定偏振後可以被拆分，同時形成一個體素的第一個脈衝（偏振無關緊要）和另一個體素的第二個脈衝（設定的偏振至關重要）。我們展示了如何利用這種偽單脈衝寫入，透過光束在媒介上的掃描來實現快速寫入。
相位體素，一種新的儲存方法：我們發明了一種名為「相位體素」的新型玻璃數據儲存方式，其中修改的是玻璃的相位變化而非其偏振，證明只需單個脈衝即可製造相位體素。我們證明了這些相位體素也可以在硼矽酸鹽玻璃中形成，並設計了一種技術來讀取編碼在該材料中的相位體素資訊。我們展示了相位體素中更高水平的三維符號間干擾，可以透過機器學習分類模型來緩解。
並行寫入能力：透過結合玻璃內預熱和後熱的數學模型與多光束傳輸系統的發明，我們展示了可以在玻璃中同時寫入多個相鄰的數據體素，顯著提高了寫入速度。我們解釋了一種利用光發射（體素形成的副作用）進行靜態校準和動態控制的方法，以全面支持自動化寫入操作。
優化與壽命測試：我們開發了一種使用機器學習優化符號編碼的新方法，以及在評估新數位儲存系統時，更佳地理解錯誤率、錯誤保護與錯誤恢復之間權衡的方法。我們還創建了一種新的非破壞性光學方法 (在新分頁開啟) 來識別玻璃內數據儲存體素的老化情況，並結合標準的加速老化技術，支持數據保存 10,000 年。我們擴展了業界標準的格雷碼 (Gray codes)，使其適用於非二的冪次方的符號數量。
一片已寫入數據的 Project Silica 媒介。
用於創下玻璃數據高速寫入紀錄的研究級寫入器 (Writer)。
用於從玻璃中檢索數據的研究級讀取器 (Reader)。
寫入器的特寫，顯示雷射脈衝上的高速多光束數據編碼。
作為一項研究倡議，Project Silica 已透過多個概念驗證展示了這些進展，包括在石英玻璃上儲存華納兄弟的《超人》電影 (在新分頁開啟)、與 Global Music Vault 合作將音樂保存在冰層下 10,000 年 (在新分頁開啟)，以及與學生合作開展「黃金唱片 2.0」計畫 (在新分頁開啟)——這是一個數位策劃的影像、聲音、音樂和口語檔案庫，透過群眾外包來代表並保存人類數千年的多樣性。
研究階段現已完成，隨著我們探索對數位資訊永續、長期保存的持續需求，我們將繼續考量來自 Project Silica 的經驗。我們已將這篇論文加入我們的已發表著作中，以便他人在此基礎上繼續發展。
Project Silica 在玻璃雷射直接寫入 (LDW) 之外的多個領域都取得了科學進展，包括檔案儲存系統設計、檔案工作負載分析、資料中心機器人技術、糾刪碼、空間光學元件，以及基於機器學習的儲存系統符號解碼方法。其中許多創新已在 2025 年的《ACM Transactions on Storage》出版物 (在新分頁開啟) 中進行了描述。
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