Bước đột phá về bộ nhớ: Thu gọn dung lượng lưu trữ của trung tâm dữ liệu vào một đĩa cỡ DVD

Nhóm nghiên cứu ở Trung Quốc cho biết đã phát triển công nghệ cho phép lưu trữ một tập dữ liệu khổng lồ, tương đương khoảng 5,8 tỉ trang web đã được lập chỉ mục, trong thiết bị có kích thước bằng máy tính để bàn.

Về mặt phối cảnh, nếu dữ liệu được lưu trữ bằng ổ cứng 1 terabyte, các thiết bị sẽ bao phủ một khu vực có kích thước bằng một sân chơi trung bình dành cho trẻ em.

“Công nghệ này cho phép đạt được khả năng lưu trữ ở cấp độ exabtyte bằng cách xếp các đĩa có kích thước nano thành mảng, điều này rất cần thiết trong các trung tâm dữ liệu lớn với không gian hạn chế”, nhóm nghiên cứu viết trong một bài báo đăng trên tạp chí uy tín Nature.

Nhóm nghiên cứu là các nhà khoa học đến từ Đại học Khoa học và Công nghệ Thượng Hải, Đại học Bắc Kinh, cũng như Viện Quang học và Cơ học Tinh tế Thượng Hải cùng Phòng thí nghiệm trọng điểm về Quang hóa học (đều thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc).

Trong các đơn vị lưu trữ dữ liệu, 1 terabyte = 1.024 gigabyte, 1 petabyte = 1.024 terabyte, 1 exabyte = 1.024 petabyte.

Theo nhà cung cấp thông tin thị trường toàn cầu International Data Corporation, khối lượng dữ liệu toàn cầu được dự đoán sẽ đạt 175 zettabyte vào năm 2025. 1 zettabyte = 1.000 tỉ gigabyte.

Lưu trữ dữ liệu quang học (ODS) là phương pháp lưu trữ dựa trên ánh sáng thường được sử dụng trong DVD. ODS tiết kiệm chi phí và bền, nhưng dung lượng của nó bị hạn chế vì thường lưu trữ dữ liệu trong một lớp duy nhất.

Trong nghiên cứu mới, nhóm nhà khoa học Trung Quốc cho biết đã tạo ra kiến trúc ba chiều (3D) để lưu trữ dữ liệu trên hàng trăm lớp thay vì một lớp, dẫn đến dung lượng lưu trữ dữ liệu quang học lần đầu tiên đạt đến mức petabyte.

Các lớp của đĩa chỉ cách nhau 1 micromet, giúp nó vẫn mỏng như một đĩa DVD thông thường. Các nhà khoa học đã viết và đọc dữ liệu bằng chùm tia laser.

Nhóm nghiên cứu cho biết: “ODS có dung lượng lên tới 1,6 petabyte cho một vùng đĩa có kích thước DVD thông qua việc ghi 100 lớp trên cả hai mặt của đĩa đơn siêu mỏng của chúng tôi”. Họ nói thêm rằng phương pháp mới có thể lưu trữ dữ liệu gấp 24 lần so với ổ đĩa cứng hiện đại nhất hiện nay.

“Do đó sẽ có thể xây dựng một trung tâm dữ liệu cấp exabyte bên trong căn phòng thay vì không gian có kích thước như sân vận động bằng cách xếp chồng 1.000 đĩa nano cấp petabyte lại với nhau, tạo ra số lượng lớn các trung tâm dữ liệu exabtyte hiệu quả về mặt chi phí”, theo các nhà nghiên cứu.

Các trung tâm dữ liệu hiện tại đòi hỏi lượng năng lượng khổng lồ để hoạt động, trong khi những thiết bị bên trong tạo ra lượng nhiệt cực lớn, đòi hỏi nhiều năng lượng hơn để làm mát.

Cơ quan Năng lượng Quốc tế ước tính rằng các trung tâm dữ liệu trên toàn thế giới tiêu thụ khoảng 1% tổng nhu cầu điện toàn cầu vào năm 2022.

Tại Trung Quốc, Cơ quan Năng lượng Quốc gia cho biết tổng lượng điện tiêu thụ của các trung tâm dữ liệu nước này là 270 tỉ kilowatt/giờ vào năm 2022, gần gấp ba lượng điện năng được tạo ra trong cùng năm bởi các nhà máy thủy điện Tam Hiệp – cơ sở sản xuất điện lớn nhất thế giới. Mức tiêu thụ này chiếm khoảng 3% tổng lượng điện sử dụng của Trung Quốc.

Nhóm nghiên cứu cho biết công nghệ mới có thể giảm thiểu nhu cầu di chuyển dữ liệu. Đó là quy trình phức tạp mà các trung tâm dữ liệu phải thực hiện từ 3 đến 10 năm một lần, khiến dữ liệu có nguy cơ bị thay đổi hoặc mất mát.

Một trong những tác giả nghiên cứu là Wen Jing, giáo sư từ Đại học Khoa học và Công nghệ Thượng Hải. Ông cho biết công nghệ mới sẽ cung cấp khả năng lưu trữ dữ liệu tiết kiệm năng lượng hơn.

Wen Jing nói: “Sẽ chỉ cần năng lượng khi dữ liệu được ghi vào hoặc đọc từ đĩa chứ không cần khi lưu trữ dữ liệu, nhờ các đặc tính vốn có của ODS”.

“Các ổ đĩa này cũng có độ ổn định cao nên không có yêu cầu lưu trữ đặc biệt nào. Đĩa mới dự kiến có tuổi thọ từ 50 đến 100 năm, không giống ổ đĩa cứng yêu cầu dữ liệu phải được chuyển sang thiết bị mới cứ sau 5 đến 10 năm”, bà nói.

Ổ đĩa cứng cũng có thể bị hỏng do tổn thương vật lý, chẳng hạn bị rơi hoặc tiếp xúc với độ ẩm quá cao.

Wen Jing cho biết các đĩa mới một ngày nào đó có thể cho phép các cá nhân và gia đình thiết lập cơ sở dữ liệu riêng mà không gặp rắc rối gì.

“Trước đây, việc vận hành cơ sở dữ liệu tốn rất nhiều không gian và đầu tư. Song trong tương lai, các gia đình có thể giữ một chiếc đĩa để lưu trữ lượng lớn ảnh, video và tài liệu thay vì lưu chúng trên nhiều ổ đĩa cứng gắn ngoài riêng biệt”, bà nói.

Dù quy trình sản xuất đĩa mới tương thích với công nghệ DVD hiện có, Wen Jing tiết lộ nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục cải thiện tốc độ và giảm năng lượng cần thiết để ghi và đọc dữ liệu từ đĩa.

Họ cũng sẽ làm việc để làm cho thiết bị truy cập dữ liệu trên đĩa có giá cả phải chăng hơn, với hy vọng sẽ đưa nó ra thị trường trong tương lai gần, bà nói thêm.