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2025-11-16 12:01:53
【导语】生成式人工智能迅猛发展，全球数据呈爆发式增长，其中近80%为需长期保存的冷数据，传统存储方式面临寿命、容量和功耗等挑战。在此背景下，玻璃存储凭借飞秒激光雕刻微纳结构实现超高密度、超长寿命存储的优势崭露头角，正从实验室走向小规模落地，虽面临成本、读写速率等瓶颈，但未来有望成为下一代冷数据归档的理想方案，改变数字记忆存储守护方式。
随着生成式人工智能的迅猛发展和万物互联时代的到来，全球数据正以前所未有的速度爆发式增长，国际数据公司（IDC）预测，2025年全球数据总量将突破180ZB，相当于把人类历史上所有印刷书籍的数据量放大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趋势。但随着数据总量的爆发(fā)增长磁带、硬盘等存储方(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)方面的力不从心，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(zhǎn)露(lù)头(tóu)角(jiǎo)——玻(bō)璃(lí)存(cún)储(chǔ)。它(tā)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)刻(kè)写(xiě)微(wēi)纳(nà)结(jié)构(gòu)，实(shí)现(xiàn)超(chāo)高(gāo)密(mì)度(dù)、超(chāo)长(zhǎng)寿(shòu)命(mìng)的(de)数(shù)据(jù)保(bǎo)存(cún)，被(bèi)业(yè)界(jiè)誉(yù)为(wèi)“写(xiě)一(yī)次(cì)、保(bǎo)存(cún)万(wàn)年(nián)”的(de)冷(lěng)数(shù)据(jù)归(guī)档(dàng)新(xīn)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(shù)据(jù)长(zhǎng)期(qī)保(bǎo)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采用二维存储方式，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(shí)，势(shì)必(bì)导(dǎo)致(zhì)机(jī)房(fáng)空(kōng)间(jiān)占(zhàn)用(yòng)和(hé)维(wéi)护(hù)成(chéng)本(běn)大(dà)幅(fú)增(zēng)加(jiā)。三(sān)是(shì)存(cún)储(chǔ)能(néng)耗(hào)正(zhèng)成(chéng)为(wèi)制(zhì)约(yuē)大(dà)数(shù)据(jù)可(kě)持(chí)续(xù)发(fā)展(zhǎn)的(de)主要(yào)瓶(píng)颈(jǐng)。国际能源署预测，到2030年全球数据中心电力需求将增加一倍以上，相当于全球总用电量的近3%，除了算力(lì)的(de)功(gōng)耗(hào)外(wài)，存(cún)储(chǔ)的(de)功(gōng)耗(hào)也(yě)是(shì)各(gè)大(dà)企(qǐ)业(yè)必(bì)须(xū)重(zhòng)点(diǎn)考虑的重要因素之一。
2、玻璃存储揭秘：用光刻下万年的记忆
玻璃存储的核心技术原理是利用飞秒激光在石英玻璃内部进行雕刻，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，从而在同一个体素中承载多个比特的信息。
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(xìn)息(xi)存(cún)储(chǔ)。单(dān)个(gè)体(tǐ)素(sù)可(kě)携(xié)带(dài)约(yuē)3 bit 信(xìn)息(xi)，整(zhěng)体(tǐ)理(lǐ)论(lùn)容(róng)量(liàng)可(kě)达(dá)百(bǎi)TB 级(jí)/英(yīng)寸(cùn)³，远(yuǎn)超(chāo)蓝(lán)光(guāng)盘(pán)、磁(cí)带(dài)等(děng)传(chuán)统(tǒng)冷(lěng)存(cún)储(chǔ)介(jiè)质(zhì)。
更(gèng)重(zhòng)要(yào)的(de)是(shì)，玻(bō)璃(lí)本(běn)身(shēn)极(jí)其(qí)稳定，对高温、水浸、电(diàn)磁(cí)脉(mài)冲(chōng)等(děng)极(jí)端(duān)环(huán)境(jìng)具(jù)有(yǒu)天(tiān)然(rán)防(fáng)护(hù)能(néng)力(lì)，实(shí)现(xiàn)万(wàn)年(nián)以(yǐ)上(shàng)寿(shòu)命(mìng)几(jǐ)乎(hu)没(méi)有(yǒu)衰(shuāi)减(jiǎn)，是(shì)面(miàn)向(xiàng)未(wèi)来(lái)海(hǎi)量(liàng)冷(lěng)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(bù)署(shǔ)升(shēng)级(jí)版(bǎn)，2026–2027年(nián)进(jìn)入(rù)云(yún)存(cún)储(chǔ)场(chǎng)景(jǐng)，目(mù)标(biāo)2030年(nián)达(dá)到(dào)60–100PB/柜(guì)、带(dài)宽(kuān)超(chāo)2GB/s。
国(guó)内(nèi)在(zài)玻(bō)璃(lí)存(cún)储(chǔ)领(lǐng)域也(yě)取(qǔ)得(de)突(tū)破(pò)性(xìng)进(jìn)展(zhǎn)：通(tōng)过(guò)独(dú)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，原始误码率低于1%，理论支持扩展至1000层、单片容量上限可达360TB，配套的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向产品化。
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(jìn)六(liù)成(chéng)，总(zǒng)拥(yōng)有(yǒu)成(chéng)本(běn)在(zài)可(kě)预(yù)见(jiàn)时(shí)期(qī)仍(réng)高(gāo)于(yú)磁(cí)带(dài)；二(èr)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(sān)是(shì)现(xiàn)阶(jiē)段(duàn)数(shù)据(jù)读(dú)取(qǔ)时(shí)间(jiān)仍(réng)然(rán)较(jiào)长(zhǎng)，例(lì)如(rú)微(wēi)软(ruǎn)Project Silica在(zài)评(píng)估(gū)中(zhōng)设(shè)定(dìng)的(de)服(fú)务(wu)等(děng)级(jí)目(mù)标(biāo)（SLO）为(wèi)约(yuē)15小(xiǎo)时(shí)内(nèi)完(wán)成(chéng)归(guī)档(dàng)数(shù)据(jù)的(de)读(dú)取(qǔ)，这(zhè)种(zhǒng)长(zhǎng)时(shí)延(yán)是(shì)未(wèi)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
400-86503662
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