Вісник НАН України. 2014. № 4. С. 24-32.

Новітня технологія довготривалого зберігання інформації  на сапфірових оптичних дисках
Стенограма спільної доповіді академіків НАН України В.В. Петрова і В.П. Семиноженка 
на засіданні Президії НАН України 12 лютого 2014 року

Перед человечеством стоит много проблем, важнейшими из которых являются энергетическая проблема, проблема бедности почти половины человечества и, несомненно, целый ряд проблем охраны здоровья. Однако в последнее десятилетие в связи с интенсивным внедрением информатизации во все области деятельности современного общества и, следовательно, переводом информации в цифровой вид возникла очень важная проблема долговременного хранения данных в цифровой форме. До наступления эры информатизации эта проблема не была столь актуальна, так как информация, записанная на бумаге, пергаменте и других носителях, имела срок хранения значительно больше средней продолжительности  жизни человека и безболезненно возобновлялась. Даже 20–30 лет назад, когда компьютерные носители информации имели низкую плотность записи данных и срок хранения информации на них достигал 20–25 лет, эта проблема уже начинала становиться актуальной. Ситуация резко изменилась в связи с тем, что с целью уменьшения стоимости хранения информации в последнее десятилетие плотность записи информации на оптических и особенно на магнитных носителях увеличилась в десятки и сотни раз, что и привело к катастрофическому уменьшению срока хранения информации. Фактически сегодня ни один современный носитель информации больше чем три-четыре года информацию не хранит. А к чему это приводит?

Представьте себе, что недавно фирма Google закупила 400 тыс. накопителей информации на магнитных дисках для того, чтобы создать память для современной, так называемой облачной системы хранения и обработки данных. И вот через три года они все должны быть заменены. Современный гигант в области информационных технологий, компания Google, может, и выдержит такой темп обновления носителей информации, но миллиарды пользователей персональных компьютеров должны менять все запоминающие устройства в таком же темпе. И самое главное – психология! Ну не может сегодня наш современник  имеющиеся у него компьютерные документы, цифровые фотографии и семейные видеосюжеты записать на  компьютерный носитель и положить в сейф для своих потомков. Он будет вынужден вытаскивать их и переписывать на новые носители информации. То есть, действительно сложилась катастрофическая ситуация. Создаются гигантские банки данных для централизованного хранения, и в них те же проблемы. И прежде чем попытаться найти путь к решению этой проблемы, хотелось бы оглянуться, как же все-таки развивались исторические события в области хранения данных. А развивались они очень интересно. Дело в том, что до нас дошли глиняные таблички, которые были  собраны в самой древней библиотеке 2700 лет назад. Они сохранились потому, что ассирийский царь Ашшурбанипал создал библиотеку, в которой постарался собрать все знания человечества того времени, накопленные в его родной стране и в окружающих государствах. Записывались эти знания на глиняных табличках, на папирусах, на пергаменте и на восковых табличках для временного хранения. Так вот, сохранилось более 20 тыс. глиняных табличек, а всё остальное истлело. То есть, сохранили информацию только те носители, которые были выполнены из химически стойких материалов (рис. 1). Что такое глина? Глина – это суспензия двуокиси кремния и окиси алюминия, и когда она спекается, то превращается в химически стойкую и прочную керамику. Всего до нас дошло около 100 тыс. табличек разных стран и народов, но наиболее древние и интересные из них – это таблички шумеров, датируемые концом ІІІ тыс. до н.э. На табличках записано около 12 тыс. произведений, причем есть такие, которые исследователи до сих пор не могут понять. Далеко не все из них опубликованы. Там есть очень интересная информация, например о том, что уже в те далекие времена делались операции по лечению катаракты, описаны уникальные знания в области математики, генетики, об устройстве Солнечной системы. Это пример того, что если мы предпримем усилия для того, чтобы все знания, которыми сегодня обладает человечество, надежно сохранить, то, может быть, они потом дойдут до следующих поколений.

Так на чем же хранить информацию? Таблички шумеров сохранили информацию благодаря тому, что она наносилась в виде рельефа на химически и термически стойкую поверхность табличек из глины. Даже восковые валики Эдисона, на которых по окружности алмазной иглой была записана информация в виде рельефа глубиной всего несколько микрон, все равно сохранили информацию на протяжении вот уже более 100 лет, если они не были поцарапаны или их не съедала плесень из-за плохих условий хранения. Таким образом, многократно подтверждается идея, что все-таки лучшим способом хранения информации является ее запись в виде рельефа на однородной поверхности. По такому пути мы и пошли, начав в 1975 г. разработку первого в мире накопителя на оптических дисках. Сегодня этот образец находится в Политехническом музее Украины, он практически на 10 лет опередил компакт-диски и в его конструкции заложены основные физические принципы, которые повсеместно применяются теперь при создании современных оптических дисков. За что сегодня фирма Phillips получает роялти от производителей компакт-дисков? За формат представления данных. А все физические основы были разработаны нами ранее. Первый диск был изготовлен на подложке из силикатного стекла. Но стекло, хотим мы или нет, щелочное, и какие бы мы ни наносили на поверхность стойкие защитные покрытия, время берет свое, идет коррозия. В Ужгородском научно-технологическом центре материалов оптических носителей информации нашего института синтезированы и исследованы сотни различных материалов для регистрации информации, на которых ее можно хранить 30–50 лет. Но когда идет речь о хранении информации в течение сотен и тысяч лет, необходимо использовать высокопрочные, химически стойкие, жаропрочные, прозрачные материалы для защиты информационного рельефа. Все остальные методы записи (магнитная запись, любой другой рельефный метод, когда информация записывается на открытую поверхность) долговременного хранения не гарантируют. Быстрое и широкое распространение персональных компьютеров потребовало создания технологии массового распространения больших объемов информации. Для этих целей оказалось востребованным производство оптических дисков (компакт-дисков) методом инжекционного литья из прозрачного поликарбоната. Эта технология позволила решить массу актуальных проблем, однако каждый следующий шаг по увеличению плотности записи данных (DVD, Blu-ray) приводил вместе с увеличением емкости к существенному уменьшению их надежности и уменьшению срока хранения информации. С увеличением плотности записи информации толщина защитного слоя от модели к модели уменьшилась с 1,2 мм для CD до 0,6 мм для DVD и, наконец, до 0,1 мм для оптических дисков Blu-ray. Повний текст (PDF).