這是國際上首次實現Pb量級的超大容量光儲存。隨著數位經濟的發展，資料儲存也是啟動資料要素的核心動能。根據研究機構IDC預測，從2018年到2025年，全球資料量將從33ZB增至175ZB,其中，我國的資料量將從7.6ZB增至48.6ZB，躍居為全球第一。尤其是隨著AGI（Artificial General Intelligence ，通用人工智慧）的發展，包括算力、存力和運力為支撐的資料基礎設施底座建設缺一不可。

近日，中國科學院上海光學精密機械研究所（下稱「上海光機所」）與上海理工大學等科研單位合作，在超大容量超分辨三維光儲存研究中取得突破性進展。這對我國在資訊儲存領域突破關鍵核心技術、實現數位經濟的永續發展具有重大意義。相關研究成果於2月22日發表在《自然》（Nature）雜誌。這是國際上首次實現Pb量級的超大容量光儲存。

僅僅20克透明輕薄的光碟，來源：《自然》

小空間存更多數據

所謂存力，是以資料儲存為核心，包含效能表現、安全可靠、綠色低碳在內的綜合資料儲存服務能力，是啟動資料要素的核心動能。

本次成果中，研究團隊利用國際首創的雙光束調控聚集誘導發光超分辨光儲存技術，實驗上首次在資訊寫入與讀出均突破了繞射極限的限制，實現了點尺寸為54nm、道間距為70nm的超分辨資料存儲，並完成了100層的多層記錄，單盤等效容量達Pb量級，對於我國在資訊儲存領域突破關鍵核心技術、實現數位經濟的可持續發展具有重大意義。

論文第一作者單位為上海光機所，通訊作者為上海光機所阮昊研究員及上海理工大學光子晶片研究院院長顧敏院士，上海理工大學文靜教授。上海光機所博士後趙苗和上海理工大學文靜教授為並列第一作者。項目得到了上海市科委和國家重點研發計劃等支持。

阮昊對第一財經解釋道，光儲存技術具有綠色節能、安全可靠、壽命長達50~100年的獨特優勢，非常適合長期低成本儲存海量數據，然而受到衍射極限的限制，傳統商用光碟的最大容量僅在百GB量級。在資訊量日益增長的大數據時代，突破衍射極限、縮小資訊點尺寸、提高單盤儲存容量長久以來一直都是光儲存領域的追求。

1994年德國科學家Stefan W. Hell教授提出受激輻射損耗顯微技術，首次證明了光學衍射極限能夠被打破，並在2014年獲得諾貝爾化學獎，經過20多年的發展，在顯微成像、激光奈米直寫等多個領域實現了光學超分辨成果，資訊的超分辨寫入已經解決了。

從光學顯微技術到光儲存技術，都被光學衍射極限所限制。在2021年Science發布的全世界最前沿的125個科學問題中，突破繞射極限限制更是在物理領域高居首位。這款超分辨光碟的成功研製在資訊寫入和讀出都突破了這個物理學難題，有助於我國在儲存領域突破關鍵核心技術，將在大數據數位經濟中發揮重大作用，以滿足資訊產業領域的重大需求。

「所以這次我們解決了光儲存領域資訊寫入和讀出均受衍射極限限制的問題，實現了超分辨的記錄，大大提高了光存儲的密度和容量。因為單盤的容量是1. 6個Pb，相當於1萬張藍光光碟，這是一個突破性的進展，為大數據儲存提供了綠色節能長壽命的方案。」研究人員告訴記者，他們也和目前的硬碟、光碟技術進行了一些對比，在技術性能上提高了最高的光儲存面密度，可以在資料中心檔案儲存上實現突破性應用，解決大容量和節能的儲存技術難題。

《自然》審查者的評價此成果：「這是一種具有突破性創新的Pb級光儲存技術…」「與現有其它技術相比，該技術在性能方面提供了最高的光存儲面密度…」「研究成果可能會帶來資料中心檔案資料儲存的突破，解決大容量和節能的儲存技術難題…」。

（圖片來源：上海光機所）

幫資料中心處理“冷資料”

隨著算力作為數位經濟時代新的生產力迅速發展，各地也在加碼佈局資料中心。

近年來，我國算力相關政策密集出爐。2020年4月，發改委首次將智算中心等算力基礎建設納入「新基建」的範疇；2021年5月，國家發改委等四部門聯合發布了《全國一體化大數據中心協同創新體系算力樞紐實施方案》，首次提出全國算力網絡樞紐節點佈局；2022年2月，國家發改委等三部門同意了京津冀、長三角、粵港澳大灣區等8地啟動國家算力樞紐節點建設，並規劃了10個國家資料中心集群，標誌著「東數西算」工程正式啟動。

就在近日，發改委、國家資料局、中央網信辦、工信部、國家能源局五部門日前聯合印發《深入實施「東數西算」工程加快建構全國一體化算力網的實施意見》（下稱為《實施意見》），提出2025年底，普惠易用、綠色安全的綜合算力基礎建設系統初步成型。

而在數據的分類中，有熱數據、冷數據、溫數據等。「冷數據」一般指的是那些時效性需求不太高的，「熱數據」是對處理時間要求高、需要立刻做決策並運算的，例如自動駕駛、遠距醫療等，「溫數據」則是介於「冷數據」和「熱數據」之間的。

阮昊對記者解釋，他們的成果主要儲存的就是冷數據。「在所有數據中，80%以上都是冷數據，這些數據使用頻率很少，但是需要永久保存，比如大科學裝置做出來的實驗數據。這類實驗做一次非常不容易，這些訪問速率沒那麼快但是又很重要的資料都要安全性地保存，我們的成果主要用在這類資料上面，因此特別適合資料中心的使用。」他補充舉例，像處理熱資料的固態硬碟、手機記憶卡、儲存條都很貴，處理百分之十幾的溫數據可以用磁性儲存、磁硬碟，另外80%冷數據就可以用光碟。

Pb級光碟製備及讀寫方式示意圖，來源：《自然》

研究團隊介紹，未來將加速原始創新和關鍵技術攻關，推動超大容量光儲存的整合和產業化進程，並拓展其在光顯微成像、光顯示、光資訊處理領域的交叉應用，產出更多更優秀的創新成果。

「關於產業化我們計畫是5年左右應該有一個可以用的光碟和機器給消費者看。這當然也需要企業界和科研界一起努力。」阮昊說。