玻璃存储真能解决海量冷数据的“万年保存”难题吗？

【导语】生成式人工智能与万物互联时代下，全球数据爆发式增长，其中近八成冷数据需长期安全存储，传统方式面临寿命、容量、能耗等多重挑战。在此背景下，玻璃存储凭借飞秒激光雕刻技术，以超高密度、超长寿命和超低能耗，成为下一代冷数据归档的理想方案，正从实验室加速迈向商业化应用。

随着生成式人工智能的迅猛发展和万(wàn)物(wù)互(hù)联(lián)时(shí)代(dài)的(de)到(dào)来(lái)，全球(qiú)数(shù)据(jù)正(zhèng)以(yǐ)前(qián)所(suǒ)未(wèi)有(yǒu)的(de)速(sù)度(dù)爆(bào)发(fā)式(shì)增(zēng)长(zhǎng)，国(guó)际(jì)数(shù)据(jù)公(gōng)司(sī)（IDC）预(yù)测(cè)，2025年(nián)全球(qiú)数(shù)据(jù)总(zǒng)量(liàng)将(jiāng)突(tū)破(pò)180ZB，相(xiāng)当(dāng)于(yú)把(bǎ)人(rén)类(lèi)历(lì)史(shǐ)上(shàng)所(suǒ)有(yǒu)印(yìn)刷(shuā)书(shū)籍(jí)的(de)数据量放大1000 倍。根据权威机构预测^[1]，全球每年产生的数据中接近80%为冷数据，虽然平时几乎不访问，但却需要长期安全稳定保存，例如科研数据、法律文件、医疗记录、历史资料、天文观测数据、气候变化、影像资料等。在AI+时代，冷数据的价值得到前所未有的重视，为满足稳定存储和成本控制的需求，各大企业纷纷开始关注冷数据存储技术，磁带在冷数据存储领域具有复兴(xìng)趋(qū)势(shì)。但(dàn)随(suí)着(zhe)数(shù)据(jù)总(zǒng)量(liàng)的(de)爆(bào)发(fā)增(zēng)长(zhǎng)磁(cí)带(dài)、硬(yìng)盘(pán)等(děng)存(cún)储(chǔ)方(fāng)式(shì)逐(zhú)渐(jiàn)显(xiǎn)现(xiàn)出(chū)在(zài)寿(shòu)命(mìng)、容(róng)量(liàng)和(hé)功(gōng)耗(hào)方(fāng)面(miàn)的(de)力(lì)不从心，如何让这些数据安全稳定保存，成为信息社会的重要课题。在众多新技术中，一种看似低调却前景广阔的方案正崭露头角——玻璃存储。它利用飞秒激光在石英(yīng)玻(bō)璃(lí)内(nèi)部(bù)刻(kè)写(xiě)微纳结构，实现超高密度、超长寿命的数据保存，被业界誉为“写一次、保存万年”的冷数据归档新路径。

图1 玻璃存储示意图

1、冷数据的存储焦虑

根据国家数据局发布的《全国数据资源调查报告（2024年）》：2024年全国年度数据生产总量已达41.06ZB，同比增加25%，人均年度数据生产量约31.31TB。真正被有效存储的数据仅占总数据生产量的5.09%，而其中接近80%为冷数据，并且一年内访问次数为零的数据占比高达38%。这些冷数据既是人类文明的记录，也是信息化时代的宝贵资源，对于国家的竞争力和安全具有重要支撑保障作用。

传统的冷数据存储方式有闪存（flash、SSD等）、机械硬盘以及光盘等，但在长期存储能力和成本控制等方面正面临多重挑战。一是现有商用闪存和机械硬盘使用寿命只有5年左右，需要定期更换，频繁的数据迁移不仅显著增加冷数据长期保存的总体成本，也带来数据丢失和安全隐患。二是传统蓝光光盘仍(réng)采用(yòng)二(èr)维存储方式，单片容量难以突破TB级，在面对动辄PB乃至EB级别的冷数据时，势必导致机房空间占用和维护成本大幅增加。三是存储能耗正成为制约大数据可(kě)持(chí)续(xù)发(fā)展(zhǎn)的(de)主要(yào)瓶(píng)颈(jǐng)。国(guó)际(jì)能(néng)源(yuán)署(shǔ)预(yù)测(cè)，到(dào)2030年(nián)全球(qiú)数(shù)据(jù)中(zhōng)心(xīn)电(diàn)力(lì)需(xū)求(qiú)将(jiāng)增(zēng)加(jiā)一(yī)倍(bèi)以(yǐ)上(shàng)，相(xiāng)当(dāng)于(yú)全球(qiú)总(zǒng)用(yòng)电(diàn)量(liàng)的(de)近(jìn)3%，除(chú)了(le)算(suàn)力(lì)的(de)功(gōng)耗(hào)外(wài)，存(cún)储(chǔ)的(de)功(gōng)耗(hào)也是各大企业(yè)必(bì)须(xū)重(zhòng)点(diǎn)考(kǎo)虑(lǜ)的(de)重(zhòng)要(yào)因(yīn)素(sù)之(zhī)一(yī)。

2、玻(bō)璃(lí)存(cún)储(chǔ)揭(jiē)秘(mì)：用(yòng)光(guāng)刻(kè)下(xià)万(wàn)年(nián)的(de)记(jì)忆(yì)

玻(bō)璃(lí)存(cún)储(chǔ)的(de)核(hé)心(xīn)技(jì)术(shù)原(yuán)理(lǐ)是(shì)利(lì)用(yòng)飞(fēi)秒(miǎo)激(jī)光(guāng)在(zài)石(shí)英(yīng)玻(bō)璃(lí)内(nèi)部(bù)进(jìn)行(xíng)雕刻，形成叫做体素的微纳结构单元。体素可视为三维空间中的像素，不仅具有明确的空间坐标（X, Y, Z），还能通过激光调控其内部结构的方向性和光学特性，从而在同一个(gè)体(tǐ)素(sù)中(zhōng)承(chéng)载多个比特的信息。

图2 基于飞秒激光的多维光存储

写入过程中，飞秒激光以极短的脉冲宽度（约10⁻¹⁵秒）聚焦于玻璃内部，在不破坏材料整体结构的前提下，诱导出局部永久性的纳米级变化。这些体素在玻璃块中可被精确排列为不同层级和角度，实现极高密度的信息存储。单个体素可携带约3 bit 信息，整体理论容量可达百TB 级/英寸³，远超蓝光盘、磁带等传统冷存储介质。

更重要的是，玻璃本身极其稳定，对高温、水浸、电磁脉冲等极端环境具有天然防护能力，实现万年以上寿命几乎没有衰减，是面向未来海量冷数据归档的理想介质。凭借写一次、永久保存的特性，玻璃存储被视作未来数字资产安全与绿色管理的重要基础设施。

3、国内外进展：从概念到样机的加速跑

玻璃存储正从实验室走向小规模落地。微软在2023年发布了Project Silica云归档存储原型，用石英玻璃构建高可靠、可持续的长期存储平台，当前样机已实现TB级写入，读取端借助偏振显微镜和机器学习解码数据；德国Cerabyte公布了玻璃存储的商业化路线图，首个Demo样机单柜容量1PB、读写带宽100MB/s，预计2025年推出本地部署升级版，2026–2027年进入云存储场景，目标2030年达到60–100PB/柜、带宽超2GB/s。

国内在玻璃存储领域也取得突破性进展：通过独立技术路径，在2mm厚的石英玻璃盘中完成了400层、总容量4TB的样片刻写实验，原始误码(mǎ)率(lǜ)低(dī)于(yú)1%，理(lǐ)论(lùn)支(zhī)持(chí)扩(kuò)展(zhǎn)至(zhì)1000层(céng)、单(dān)片(piàn)容(róng)量(liàng)上(shàng)限(xiàn)可(kě)达(dá)360TB，配(pèi)套(tào)的(de)数据读取和写入设备均具备兆字节每秒量级的原始速率，支持多种高速接口，适合实际应用场景。可以看到，无论国内外，玻璃存储正加速从概念验证迈(mài)向(xiàng)产(chǎn)品(pǐn)化(huà)。

4、挑战与未来趋势

当前玻璃存储瓶颈主要体现在三方面：一是飞秒激光器、纳米级三维定位平台等关键设备价格高，占整机成本近六成，总拥有成本在可预见时期仍高于磁带；二是现阶段写入速率偏低，尚无法与主流磁带比肩，难以支撑海量数据的高效注入；三是现阶段数据读取时间仍然较长，例如微软Project Silica在评估中设定的服务等级目标（SLO）为约15小时内完成归档数据的读取，这种长时延是未来需要突破的关键难点之一。

不过，随着关键设备的小型化和成本下降、读写入速率的提升，玻璃存储未来有望在金融、医疗、科研、通信等对数据合规与可追溯性要求高的行业得到应用，未来有望拓展至更多行业，实现写一次、保存万年的愿景。它不仅是一条新的技术路径，也有望成为未来数字社会在安全、长久的数据保存方面的重要选择。

5、结语

随着全球冷数据规模持续迈向百泽字级别，玻璃存储以其超长寿命、超高密度、超低能耗的独特优势，正逐步成为下一代冷数据归档的理想方案。在开放与安全、效率与成本之间找到平衡，抓住深冷数据应用的先发机会，有望推动这一技术从实验室走向社会，真正改变我们存储和守护数字记忆的方式。

作者：罗文睿、刘文涛

单位：中国移动研究院