未來我們將把數(shù)據(jù)存在哪里

任志方

用什么樣的方法保存信息最長久？刻在石頭上！這是科幻小說《三體》提出的解決方法。從巖石上的雕刻，到現(xiàn)在的磁介質(zhì)數(shù)據(jù)存儲，數(shù)千年來，人類一直在用各種手段保存信息。盡管在過去幾十年里，人類存儲的數(shù)據(jù)量出現(xiàn)了極大增長，我們的生活、我們的記憶越來越多地以數(shù)字形式儲存在我們的硬盤里或“云端”，但這些數(shù)據(jù)的壽命卻很短，甚至長不過我們的一生。如何才能將這些數(shù)據(jù)長期保存不丟失？越來越多的研究者正在著手解決這個問題。

目前保存最久的信息是10萬多年前的巖畫

在古代，蘇美爾人在黏土板上存儲信息；法老在石柱上刻象形文字記述自己的故事；據(jù)說，象形文字的基督教十誡是刻在石板上的。石頭和黏土可以保存記錄幾百年甚至幾千年。

此后出現(xiàn)的羊皮紙和紙張，在精心保管的情況下，可以保存100多年。賽璐珞照片、醫(yī)療記錄、電影膠片和縮微膠片在氣候條件控制良好的環(huán)境中也能大約保存100年。

但今天，在數(shù)字化存儲數(shù)據(jù)的時代，數(shù)據(jù)、文檔或記錄時長卻糟糕透頂。存儲在磁介質(zhì)上的數(shù)據(jù)每2～3年就要重寫一次，目前廣泛應(yīng)用的硬盤驅(qū)動器可以存儲大量的數(shù)據(jù)，但只能在室溫下使用大約10年。即便是光盤，雖說未經(jīng)記錄驗證的保存壽命可達50年，但一旦寫入數(shù)據(jù)，壽命就會下降一個數(shù)量級，只有5年。

數(shù)字文本比印刷書更脆弱

放眼看來，日常應(yīng)用中的數(shù)字儲存介質(zhì)似乎還沒有能讓數(shù)據(jù)安全地保存幾十年以上的。據(jù)估計，到2020年，全球?qū)⒂?1億人使用智能手機，“萬物相聯(lián)”，從自動駕駛車到人工智能牙刷將構(gòu)成幾乎1/3的數(shù)字宇宙，數(shù)量級的增長可謂司空見慣。

那么，那些必須長時間保存的數(shù)據(jù)又該怎么辦呢？比如建筑圖紙，如果樓房、橋梁、大壩、水渠等需要修理或翻新，在需要使用這些數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)它們讀不出來，總不能敲開建筑物內(nèi)部再測量一遍吧？

再比如，美國健康保險便利轉(zhuǎn)移和責(zé)任法案（HIPAA）規(guī)定，數(shù)字醫(yī)療記錄至少要保留7年，對少年患者要保留到他們21歲之后再繼續(xù)保留7年。一旦因為儲存介質(zhì)失效，數(shù)據(jù)缺失，就會給保存機構(gòu)帶來法律責(zé)任，甚至付出經(jīng)濟賠償。

問題不止這些，“互聯(lián)網(wǎng)之父”溫頓·瑟夫曾提出這樣一個假設(shè)：我們創(chuàng)造的舊的文件格式不能用最新軟件來閱讀，因為不能總是保證新軟件能與過去匹配。因此長久下去的情況是，即便我們匯集了大量數(shù)字內(nèi)容，我們可能都不會知道這些內(nèi)容是什么。由于我們進入“數(shù)字黑暗時代”，隨著硬件和軟件過時，未來的人可能難以找到有關(guān)21世紀(jì)的任何記錄。

哈佛大學(xué)圖書館名譽圖書館員羅伯特·達頓說：“我們的文化無法承受災(zāi)難性損失的風(fēng)險，這一點上數(shù)字文本比印刷書更脆弱。”

儲存在玻璃里的信息可達到地球年齡的3倍

這些聽起來很可怕，所幸的是，人類的智慧和創(chuàng)造能力是無限的。

就在去年2月，英國南安普頓大學(xué)科學(xué)家開發(fā)出一種新的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)，利用玻璃中的微型納米結(jié)構(gòu)去編碼信息。基于這一技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)尺寸光碟能保存約360TB的數(shù)據(jù)，而在溫度高達190℃的環(huán)境中可維持長達138億年。這一時間與宇宙的歷史相仿，是地球年齡的3倍。

這一技術(shù)被稱作“五維數(shù)據(jù)存儲”，最初發(fā)表在2013年的一篇論文中。自那時以來，科學(xué)家仍在繼續(xù)對技術(shù)進行優(yōu)化。目前，科學(xué)家計劃進一步推動這項技術(shù)的發(fā)展，甚至實現(xiàn)商用。

參與這項研究的研究生艾比德·帕特爾表示：“我們可以編碼任何信息，我們沒有局限，只要給我們文件，我們就能將文件錄入光碟。”

五維光碟能使用位于玻璃碟片內(nèi)的微型物理結(jié)構(gòu)，即用“納米格柵”保存信息，而通過讀取折射的激光可以表達5種數(shù)據(jù)狀態(tài)。這也是這種技術(shù)名稱的來源。利用激光技術(shù)，設(shè)備可以知道納米格柵的方向、激光折射的強度以及用X、Y、Z軸表示的空間中的位置。因此，相對于傳統(tǒng)光碟，五維光碟的數(shù)據(jù)存儲密度更大；藍光光碟可以保存128GB的數(shù)據(jù)，而五維光碟存儲的數(shù)據(jù)量可以達到藍光的近3000倍，即360TB。

由于玻璃是一種堅固的材料，只有很高的高溫才能導(dǎo)致玻璃熔化或變形，而玻璃又有著良好的化學(xué)穩(wěn)定性，因此這種五維光碟能確保數(shù)據(jù)在非常長的時間里不會丟失。

對圖書館和博物館來說，五維數(shù)據(jù)存儲技術(shù)很有潛力。而科學(xué)家認(rèn)為，這一技術(shù)也可以在不久的未來得到商用。盡管在這種光碟中記錄信息還需要用到成本高昂的實驗室激光設(shè)備，但光碟數(shù)據(jù)的讀取并不困難。南安普頓大學(xué)的團隊表示，類似DVD播放器的光碟讀取設(shè)備將在未來幾十年面市。

保存軟件和設(shè)備信息可考慮建數(shù)字博物館

再回到溫頓·瑟夫提出的“數(shù)字黑暗時代”，在信息能長期保存的情況下，如何使過去的信息被將來的人解讀？

1963年，飛利浦公司發(fā)明了盒式錄音磁帶，彼時，一盤90分鐘的錄音帶只能存儲700KB到1M大小的數(shù)據(jù)。1971年，IBM推出8英寸容量為81KB的磁盤。1980年飛利浦和索尼共同研制出了數(shù)字光盤。

但在今天，除非專門購買一個讀取設(shè)備，否則最常見的電腦也無法讀取上述儲存設(shè)備的信息，因為我們最為流行的移動存儲設(shè)備已經(jīng)是U盤了。這不僅涉及硬件的問題，還有不斷更新的操作系統(tǒng)和那些被淘汰了的配套軟件。因此，可以設(shè)想一下，1000年以后的人類，面對我們今天使用的U盤或移動硬盤，可能就像一百年前的人們初次發(fā)現(xiàn)甲骨文一樣。

如何解決這個難題？那就是保存所有軟件和硬件，使它們永不過時，就好像博物館一樣。但這個博物館是數(shù)字形式的，放在云端的伺服器上。通過對內(nèi)容、應(yīng)用軟件和操作系統(tǒng)一起做一個快照，加上對其所運行機器的描述，然后長期保存。在漫長的時間中，這些快照還需要根據(jù)當(dāng)時的技術(shù)環(huán)境，從一個云端移到另一個云端，方便任何需要者使用。

這看上去很復(fù)雜，不過，誰又能知道幾千年后的情景呢？也許再過幾年或幾十年，我們真的就能利用一片類似五維光碟的簡單玻璃保存文化、語言，以及人類的精華。這將提供給未來的文明，或是其他可能出現(xiàn)的一切。