Ein Forschungsteam von Microsoft, das "Project Silica", hat ein Glas vorgestellt, das große Datenmengen mehr als 10.000 Jahre lang speichern kann. In den vergangenen Jahren hatte das Team Zwischenziele verkündet. Nun aber soll das Gesamtsystem aus Glasspeicher zuverlässig funktionieren, samt zugehörigem Laser, der Daten einschreibt und ausliest. Die Veröffentlichung erschien in der Fachzeitschrift Nature.
Kein heute eingesetztes Medium, weder Festplatten noch Magnetspeicher oder Papier, kann Informationen ähnlich lange sicher verwahren. Um die geschätzte Lebensdauer von Silica zu ermitteln, erhitzte das Entwicklungsteam die Glasplatte wiederholt auf bis zu 500 Grad Celsius, um es schneller altern zu lassen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Daten bei einer Lagerung bei 290 Grad bis zu 10.000 Jahre lang lesbar sein könnten, bei Raumtemperatur entsprechend länger. Allerdings liefern die Experimente keine Aussage darüber, ob und wie mechanische Beanspruchung oder chemische Korrosion die Daten beeinträchtigen.
Welch gewaltiger Zeitraum 10.000 Jahre sind, illustriert ein Blick in die Vergangenheit. Vor 10.000 Jahren herrschte in Westeuropa noch die Mittelsteinzeit, der Ackerbau war nicht eingeführt, weltweit war das Rad war noch nicht erfunden. Alles, was wir heutzutage an schriftlicher Überlieferung der Menschheit kennen, von der sumerischen Keilschrift über Homers Epen bis zu den Känguru-Chroniken entstand in einem Zeitraum, der weitaus weniger als 10.000 Jahre umfasst.
Solange also soll das Glas widerstehen. "Diese Langlebigkeit beruht auf der chemischen Trägheit von Glas, das Daten vor elektromagnetischen Störungen, Feuchtigkeit und physischen Beschädigungen schützt, ähnlich wie Bernstein alte Organismen konserviert", schreiben die Physiker Feng Chen and Bo Wu in einem Begleitkommentar .
Statt wie üblich auf einer Oberfläche werden die Informationen in das Glas eingeschrieben. Dies übernimmt ein Femtosekundenlaser, dessen leistungsstarke Pulse eine Billiardstel Sekunde kurz sind. Der Laser kann auf einen Punkt innerhalb des Glases fokussiert werden, wo er einen Voxel hinterlässt, das dreidimensionale Pendant zu einem Pixel. Das Team kann im Glas mehrere Lagen dichtgeschriebener Daten übereinander schreiben. Das Team nutzte sowohl Borosilikatglas als auch Quarzglas, weit verbreitete Glasarten, was die Produktionskosten niedrig halten soll.
Chen und Wu schreiben: "Bei einer Umsetzung in großem Maßstab könnte Silica einen Meilenstein in der Geschichte der Wissensspeicherung darstellen, vergleichbar den Orakelknochen, mittelalterlichem Pergament oder modernen Festplatten. Eines Tages könnte ein einziges Stück Glas die Fackel der menschlichen Kultur und des Wissens über Jahrtausende hinweg tragen.”
Prinzipiell besteht dafür Bedarf: Im Barbarastollen bei Freiburg entsteht beispielsweise das Zentralarchiv der Bundesrepublik, es soll Aufnahmen der wichtigsten historischen Dokumente und Kulturgüter der Nation umfassen. Im Einsatz sind dort 35-Millimeter-Polyester-Dünnfilme, die Aufnahmen jedoch "nur" über mindestens 500 Jahre speichern sollen.
Einen Wissenstransfer über Jahrtausende erzwingt auch der Atommüll, der noch über weit größere Zeiträume strahlen wird. Die Menschheit muss der Nachwelt Informationen darüber hinterlassen, wie er eingelagert ist und welche Gefahren davon ausgehen. Sinnvoll wäre prinzipiell auch, umfangreiche wissenschaftliche Daten der Nachwelt zu überlassen, beispielsweise aus der Klimaforschung.
Doch ob das Wissen auch in der Zukunft ankommt, entscheidet sich nicht nur über das ausgewählte Speichermedium, sondern ganz praktische Probleme. Denn um die Informationen auszulesen, müssen Menschen der Zukunft zunächst erkennen, dass darin überhaupt Informationen stecken. Im Gegensatz zu Tontafeln, die mit Keilschrift übersät sind, lassen sich die eingeschriebenen Daten beim Glas nicht mit bloßem Auge erkennen. Unsere Nachfahren könnten es als Schmuckstück fehlinterpretieren.
Mit dem Speichermedium müssten also Zusatzinformationen überliefert werden, die dessen Bedeutung aufklären und zudem erklären, wie die eingespeicherten Informationen zu lesen sind. Denn anders als bei der Keilschrift benötigen die Nachfahren eine Technologie, um die Informationen auszulesen. Denn auch wenn es in Zukunft noch Laser geben wird, sind die Anforderungen an ihn zu spezifisch, als dass man zufällig mit dem richtigen Werkzeug das Glas untersuchen wird.
Wenig erfolgversprechend wäre daher, Informationen in einem Glasmedium zu speichern und dieses dann irgendwo einzulagern, in der Erwartung, dass die Menschen der Zukunft bei seinem Fund wüssten, was damit zu tun ist. Solch ein Speicher muss daher aktiv weitergegeben werden, von Generation zu Generation, mit Informationen, wie er zu benutzen ist.
So stolz daher auch Microsoft die 10.000-Jahre-Marke verkündet, entspricht sie doch nicht dem eigentlichen Ziel der Forschung. Die durchaus beeindruckende Zahl soll bloß herausstellen, wie extrem stabil das Medium ist. Nur für diese Botschaft würde ein profitorientiertes Unternehmen wie Microsoft allerdings nicht so viele Forschungsgelder in die Hand nehmen. Zum Einsatz soll das Glas wohl vor allem für weitaus kürzere Zeiträume kommen.
"Silica ist optimiert für die Sicherung von Aufzeichnungen historischer Dokumente und anderer unschätzbarer Stücke des menschlichen Erbes sowie wissenschaftlicher Daten wie Klimamodellen", schreiben Chen und Wu. "All dies sind Beispiele für "kalte Daten" – Informationen, auf die selten zugegriffen wird, die aber für zukünftige Referenzzwecke aufbewahrt werden müssen. Im Vergleich zu heißen Daten, die jederzeit verfügbar sein müssen, werden kalte Daten auf kostengünstigeren, langlebigeren Medien gespeichert."
Der anvisierte Einsatzort sind daher nicht nationale Archive, Zeitkapseln oder atomare Endlager, sondern Cloud-Rechenzentren wie etwa Microsofts Azure, aber auch jene von Amazon oder Google. Dort sollen Glasmedien die eingesetzten Festplatten oder Magnetbändern nicht etwa verdrängen – dazu sind Speicherdichte und Schreibgeschwindigkeit viel zu schlecht –, sondern ergänzen.
Denn die bisherigen Medien haben einige Nachteile. "Festplatten fallen oft nach 5 bis 10 Jahren aus, Magnetbänder verlieren in der Regel nach etwa 30 Jahren ihre Qualität", schreiben Chen und Wu. Sollen Informationen länger gespeichert werden, müssen die Daten alle paar Jahre auf ein neues Medium überschrieben werden. Das kostet. Zudem sie müssen unentwegt klimatisiert werden, verbrauchen also Strom. Glasspeicher hingegen lassen sich, einmal beschrieben, ohne Stromaufwand beliebig lange aufbewahren.
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Der Markt, um "Cold Data" zu speichern, verspricht allein bis 2030 Hunderte Milliarden US-Dollar. Microsoft will darin Marktführer werden. Um das zu schaffen, muss allerdings die Kapazität des Glasspeichers steigen, ebenso wie die Schreibgeschwindigkeit. Bislang können vier Laser gleichzeitig parallel bis zu 65,9 Megabit Daten pro Sekunde in das Glas einschreiben, bei einer Datendichte von 1,59 Gigabit pro Kubikmillimeter. Anders ausgedrückt: Die Glasplatte misst 12 mal 12 Zentimeter, bei einer Dicke von 2 Millimetern. In 301 Voxelschichten speichert sie 4,8 Terrabyte, das entspricht etwa 2 Millionen gedruckten Büchern oder 5.000 ultrahochauflösenden 4K-Filmen.
Für den Einsatz in Rechenzentren ist das noch zu wenig. Dennoch könnte das Medium in wenigen Jahren helfen, Rechenzentren energieeffizienter zu machen. Allein das wäre schon ein – kleiner – Beitrag für die Nachwelt.
