Geniale Speichermedien – Wie Kristalle die Menschheit retten können

Entwicklung der Datenspeicherung

Die Aufzeichnung von Daten war für die Entstehung der Zivilisation von entscheidender Bedeutung. Tatsächlich markierte die Erfindung schriftlicher Aufzeichnungen die Trennung zwischen prähistorischer und historischer Epoche. Von frühen Keilschrifttafeln und Papyrusrollen bis hin zu mittelalterlichen Büchern und der Druckerpresse haben Verbesserungen in Schreibmethoden und -technologie die menschliche Gesellschaft grundlegend verändert.

Heute erfassen und verarbeiten wir mehr Daten als je zuvor. Doch paradoxerweise sind unsere Speichermedien zunehmend fragiler geworden. Wir sind uns jetzt beispielsweise bewusst, Disk Rot oder CD Rot, also die Verschlechterung der reflektierenden Schicht einer Compact Disc (CD). Es ist wahrscheinlich, dass die meisten dieser Speichergeräte, einschließlich Museumsarchive, sind bereits nach Jahrzehnten unlesbar. Das gleiche Problem betrifft auch andere optische Speichermedien wie DVDs und Blu-rays.

Quelle: Digitaler Scrapbooking-Speicher

Ebenso können Festplatten sehr empfindlich auf elektromagnetische Wellen reagieren, sodass die meisten Daten der Welt durch einen ausreichend starken Sonnensturm oder EMP gelöscht werden könnten.

Im Vergleich zu Manuskripten, die auf Pergament, Papyrus oder Ton geschrieben wurden, wird das moderne Wissen also insgesamt nur ein paar Jahrzehnte oder ein Jahrhundert überdauern, oder es ist nur eine Katastrophe von der völligen Zerstörung entfernt.

Glücklicherweise erforschen Forscher Technologien für eine deutlich langlebigere Datenspeicherung. Und witzigerweise könnte diese sehr stark dem Kristall ähneln, den wir in Science-Fiction-Serien in außerirdischen Raumschiffen sehen.

Quelle: RPF

Haltbarkeit von Kristallen

Die meisten Materialien zersetzen sich mit der Zeit, egal ob es sich um hochentwickelte Gravuren auf Siliziumscheiben oder Papier/Tierhäuten handelt. Mineralkristalle sind jedoch ein Strukturtyp, der über Jahrtausende, wenn nicht sogar Millionen von Jahren, bemerkenswert stabil bleibt.

Dies liegt daran, dass Kristalle auf atomarer Ebene sehr starr organisiert und strukturiert sind. Dies bedeutet, dass man sie auf atomarer Ebene aufbrechen muss, um sie aufzubrechen, und nicht nur die Bindungen zwischen großen Fasern oder die elektromagnetische Ladung eines Siliziumatoms reduzieren kann.

Quelle: Briten

Dies macht Kristalle extrem widerstandsfähig gegen Schäden durch Hitze, Mikroorganismen oder Elektromagnetismus.

Es sind diese Eigenschaften, die Pr. Peter Kazansky an der Universität Southampton entwickeln kristalline Datenspeicher. Sie haben vor kurzem die gesamten menschlichen Genomdaten in einem solchen Kristall registriert.

Quelle: University of Southampton

Und auf lange Sicht könnte es eine Möglichkeit werden, die gesamte Summe des menschlichen Wissens nahezu für die Ewigkeit zu speichern.

„Der in den Kristall eingravierte visuelle Schlüssel gibt dem Finder Aufschluss darüber, welche Daten darin gespeichert sind und wie diese verwendet werden könnten.

Über den dichten Datenebenen zeigt die Legende die universellen Elemente (Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff), die vier Basen des DNA-Moleküls (Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin) mit ihrer Molekülstruktur, ihre Platzierung in der Doppelhelixstruktur der DNA und wie Gene in einem Chromosom positioniert werden, das dann in eine Zelle eingefügt werden kann.

5D Kristalle

Dabei machten sie sich die 3D-Natur von Kristallen zunutze. Sie zeichneten die Daten im Kristall mit ultraschnellen Lasern auf, um sie präzise in nanostrukturierte Hohlräume im Quarzkristall einzuschreiben – mit Strukturgrößen von nur 20 Nanometern.

Quelle: ZME Wissenschaft

Dies steht im Widerspruch zu den meisten heute verwendeten Datenaufzeichnungsmethoden, bei denen Daten meist auf einer 2D-Ebene, entweder auf Papier, Magnetband oder Siliziumscheibe, aufgezeichnet werden.

Stattdessen zeichnen sie die Daten in allen Tiefen des Kristalls (3D) auf und fügen eine weitere Ebene der Datendichte hinzu, indem sie der 3D-Raumdimension zwei optische Dimensionen hinzufügen.

Doppelbrechung

Theoretisch könnte eine „einfache“ 3D-Datenspeicherung unter Verwendung der räumlichen Position der nanoskopischen Hohlräume im Kristall ausreichen. Dies würde jedoch wesentlich größere Kristalle erfordern oder die Datenmenge begrenzen, die pro Kristall gespeichert werden kann.

Die Forscher nutzen daher auch ein Phänomen namens „Doppelbrechung“. Es bedeutet, dass das Material das Licht je nach Lichtpolarisation unterschiedlich umleitet. Dadurch können wir die Datenspeicherdichte um das Achtfache steigern.

Durch die Aufzeichnung von Daten mit stärker fokussierender Optik und Licht kürzerer Wellenlänge ist es möglich, eine räumliche (3D-)Verdichtung ähnlich der bei Blu-Ray-Discs mit einer Pit-Größe von weniger als 200 nm zu erreichen.

In Kombination mit der vierten und fünften Dimension, die durch die Doppelbrechung entsteht und die es ermöglicht, dass ein einziger Pit acht Bits (ein Byte) an Informationen statt nur einem speichert, wäre es möglich, eine beispiellose Kapazität von Hunderten von Terabyte auf einer einzigen Scheibe mit 12 cm Durchmesser zu erreichen.

5D-Speicherkristall

Extreme Haltbarkeit

Dies wäre nicht nur ein Datenspeicher mit der gleichen Dichte wie Blu-rays, sondern auch viel langlebiger. Der verwendete Kristall entspricht Quarzglas, einem der chemisch und thermisch beständigsten Materialien der Erde.

Es widersteht extremen Temperaturen wie Gefrieren, Feuer und Temperaturen bis zu 1000 °C. Der Kristall hält außerdem einer direkten Aufprallkraft von bis zu 10 Tonnen pro cm2 stand und bleibt auch bei längerer Einwirkung kosmischer Strahlung unverändert. Ebenso unempfindlich ist er gegenüber starken elektrischen Strömen.

Anwendungen

Ständiges Archiv

Ein solches Datenspeichersystem ist zwar extrem langlebig, aber nicht wiederbeschreibbar. Wir sollten also nicht erwarten, dass diese Art von Technologie schon bald Teil unserer Computer sein wird.

Zudem ist das Lesen auf diesem Datenträger wahrscheinlich nicht so schnell oder einfach wie auf optischen Datenträgern, weshalb er sich für Daten, auf die wir oft zugreifen möchten, nicht als geeignetes Medium eignet.

Es ist jedoch das perfekte Speicherformat für Archive, die wir über einen extrem langen Zeitraum unverändert aufbewahren möchten. Dies könnte also ein großartiges System zum Speichern vieler Arten von Informationen sein, die sich im Laufe der Zeit nicht ändern und wichtig genug sind, um den Aufwand wert zu sein:

• Historische und archäologische Aufzeichnungen.
• Literatur, Musik und Kunst im Allgemeinen.
• Wissenschaftliches Wissen, von der Wissenschaftsgeschichte bis zu Datenbanken zu bekannter Mathematik, Chemie, Physik, Biologie usw.
• Finanzdaten sind mit einer solchen Speicherung möglicherweise sogar langlebiger als dezentrale Blockchain-Netzwerke.
• Sichern Sie Programme und andere Kerndaten von IT-Systemen.

Katastrophenversicherung

Die kürzlich auf dem 5D-Kristall aufgezeichneten menschlichen Genomdaten werden im Erinnerung an die Menschheit Archive. Dies ist eine besondere Zeitkapsel in einer 2 km tief vergrabenen Salzhöhle in Hallstatt, Österreich.

Die Geologie des Berges ermöglicht es dem MOM-Archiv, sich durch ein natürliches Phänomen vollständig zu verschließen: Das Salz „fließt“ mit einer Geschwindigkeit von 2 cm/Jahr in jeden Hohlraum. Dies schützt das Archiv vor der größten Bedrohung: dem Menschen selbst.

Ihr Ziel ist die Archivierung menschlicher Erinnerungen, von Zeugenaussagen und gesammelten Geschichten einzelner Personen bis hin zur Dokumentation von Technologien sowie beispielsweise den Standorten von Atom- oder Giftmülllagern.

Zuvor Memory Of Mankind setzte auf Hightech-Keramik, um Texte und Bilder dauerhaft zu speichern, mit dem Ziel, sie auch in 1 Million Jahren noch lesbar zu machen. Es wird auch ein sehr umfangreiches Entschlüsselungstool zur Erklärung unserer Sprache enthalten.

Eine Platte aus Keramik-Mikrofilm (20×20 cm) kann bis zu 5 Millionen Zeichen enthalten, was 5 Büchern mit 400 Seiten entspricht. Ein Buch auf Keramik-Mikrofilm benötigt 1/200 des Volumens der gedruckten Version.

Genetische Daten ausgestorbener Arten

Manche Daten können bei Verlust auch nicht wiederhergestellt werden. Das gilt nicht nur für menschliche Errungenschaften, sondern auch für die Natur.

Beispielsweise könnten (sollten?) die genetischen Daten ausgestorbener oder gefährdeter Arten auf diese Weise dauerhaft archiviert werden.

In Anbetracht die Schaffung eines synthetischen Bakteriums von Dr. Craig Venters Team im Jahr 2010 und die aktuellen Bemühungen, Mammuts wiederzubeleben, ist es nicht weit hergeholt, sich vorzustellen, dass in einigen Jahrzehnten oder Jahrhunderten Anstrengungen unternommen werden, solche ausgestorbenen Arten von Grund auf wiederherzustellen.

Erforschung des Weltraums

Pr. Kazansky und sein Team ließen sich inspirieren von der Plaketten für Pioneer-Raumschiffe die von der NASA gestartet wurden, um sie über die Grenzen des Sonnensystems hinaus zu bringen.

Quelle: Space.com

5D-Kristalle könnten auf ähnliche Weise verwendet werden, um Informationen zwischen den Sternen zu übertragen, mit minimalem bis keinem Datenverlust. Dies wurde tatsächlich bereits getan, allerdings eher als Marketing-Gag. Ein 5D-Kristall mit Asimovs Science-Fiction-Klassiker Foundation Trilogy befand sich an Bord der Tesla Roadster 2018 ins All geschickt.

Einige fantasievolle Denker denken sogar, dass dies eine Möglichkeit für die Menschheit sein könnte, die Sterne auch ohne schnelle Reisemethoden zu erkunden. Ein Schiff könnte mit den Daten und Maschinen ausgesandt werden, die für die Schaffung menschlicher Embryonen „von Grund auf“ erforderlich sind, und neue Kolonisten in weit entfernten Sternen zur Welt bringen.

In Datenspeicher investieren

5D-Kristalle sind eine vorerst sehr neue Technologie, die ebenfalls von das private Unternehmen 5D Memory Crystal / SPhotonics, ein Spin-off der University of Southampton. Allerdings erforschen auch andere Unternehmen, wie sich die Datenspeichertechnologie weitaus robuster gestalten lässt als unsere aktuellen Methoden.

Sie können über viele Broker in Datenspeicherunternehmen investieren. Hier finden Sie Securities.io, unsere Empfehlungen für die besten Broker in die USA, Kanada, Australien, Großbritannien, sowie viele andere Länder.

Wenn Sie sich nicht nur für Datenspeicherunternehmen interessieren, können Sie sich auch Tech-ETFs ansehen wie ProShares Nanotechnologie ETF (WINZIG), Globaler X Cloud Computing ETF (CLOU)den Defiance Quantum ETF (QTUM)Dadurch wird ein breiter gefächertes Engagement ermöglicht, um von der Bedeutung von Daten und IT in der modernen Wirtschaft zu profitieren.

Datenspeicherunternehmen

1. Twist Biowissenschaften

Das Unternehmen ist auf DNA-Synthese spezialisiert, Nutzung von Miniaturisierungsmethoden aus der HalbleiterindustrieDies spart Forschern Zeit und Geld.

Es wird auch an der Erstellung gearbeitet DNA-basierte Datenspeicherung Damit könnten Daten unabhängig von elektronischen Systemen gesichert werden. Vielleicht könnten moderne Datenspeichertechnologien also neben Kristallen auch die DNA selbst nutzen.

Diese Miniaturisierung ermöglicht es uns, die Reaktionsvolumina um den Faktor 1,000,000 zu reduzieren und gleichzeitig den Durchsatz um den Faktor 1,000 zu erhöhen, was die Synthese von 9,600 Genen auf einem einzigen Siliziumchip in vollem Maßstab ermöglicht.

Quelle: Twist Biowissenschaften

Im Januar 2023, Das Unternehmen begann mit dem Versand von Produkten aus seiner kürzlich in Betrieb genommenen zweiten ProduktionsanlageDie neue Fabrik soll die Produktionskapazitäten von Twist verdoppeln.

Mit seiner fortschrittlichen Fähigkeit zur DNA- und RNA-Synthese könnte Twist schnell zu einem bedeutenden Aptamer-Hersteller werden, wenn der Markt für gerinnungshemmende Produkte wächst.

Als „neutraler“ Produzent, der sich darauf konzentriert, die besten Nukleinsäuresequenzen zum besten Preis anzubieten, könnte das Unternehmen der Produktionspartner der Wahl für jedes Pharmaunternehmen sein, das nützliche Nukleinsäuren kommerzialisieren möchte, wie etwa Datenspeicher oder Anti-Gerinnungs-Aptamere.

2. Reine Lagerung

Es ist durchaus möglich, dass wir uns eines Tages auf DNA- oder 5D-Kristallspeicher verlassen, um kritische Daten zu sichern. Doch bis dahin wird unser Bedarf an zusätzlichem Datenspeicher wahrscheinlich auf die üblichen siliziumbasierten Lösungen beschränkt bleiben.

Pure Storage ist ein führendes Unternehmen im „Storage-as-a-Service“-Markt (STaaS). Das Unternehmen verzeichnet ein schnelles Wachstum (18 % jährlich) und zählt bereits über 12,500 Kunden weltweit (gegenüber über 9,000 im Jahr 2022), darunter Meta, Comcast, Domino's Pizza und die NASA.

Quelle: Reine Lagerung

Pure Storage unterstützt auch viele KI-Projekte von SiriusXM, AutoNation, Health Genome Center 2030, Crater Labs usw.

Der Hauptvorteil des Unternehmens beruht auf seiner FlashArray- und FlashBlade-Technologie, die durch die Speicherung der Daten auf Flash-Speicherlaufwerken eine bessere Leistung als Festplatten bietet.

Seine Systeme verbrauchen 2-5x weniger Strom und Platz als vorhandene Festplattensysteme und sind 10x zuverlässiger.

Quelle: Reine Lagerung

Da 1–2 % des weltweiten Energieverbrauchs auf Rechenzentren entfallen, kann eine Reduzierung des speicherbezogenen Energieverbrauchs um 80 % enorme Auswirkungen haben.

Pure Storage begann hauptsächlich als Hardwarehersteller, hat sich jedoch langsam zu einem Cloud-Service-Provider mit schlüsselfertigen Komplettangeboten entwickelt.

Pure Storage wird in den kommenden Jahren wahrscheinlich vom Aufstieg der KI profitieren, verbunden mit der Notwendigkeit, den Energieverbrauch der IT-Branche zu senken, wie zum Beispiel mit dem jüngsten Deal von Microsoft zur Wiederinbetriebnahme des Kernkraftwerks Three Mile Island.