Microsoft va más allá del USB y de los discos duros, haciendo frente al imparable almacenamiento en la nube. En su conferencia Ignite el 22 de septiembre, anunció su nueva iniciativa el Proyecto HSD, investigación que está explorando: el almacenamiento holográfico podría usarse para la nube.
El almacenamiento de datos holográficos viene desde la década de 1960. A principios de la década de 2000 varios grupos de investigación, tanto en la academia como en la industria, habían logrado avances significativos al demostrar densidades de almacenamiento impresionantes que se podían lograr con medios de almacenamiento holográficos.
Microsoft apuesta por la posibilidad de utilizar el medio de manera eficaz gracias al auge de las cámaras de los teléfonos inteligentes.
La excesiva demanda de almacenamiento en la nube ha puesto de relieve la necesidad de renovar los sistemas de almacenamiento.
La unidades de almacenamiento del disco duro giratorias y memoria flash son los pilares del almacenamiento en la nube actual; sin embargo, esto no mejora la capacidad de manera exponencial. Además, enfrentan desafíos como confiabilidad y rendimiento debido a las partes mecánicas móviles y la resistencia, cada vez menor.
Los hologramas podrían potencialmente resolver todos esos problemas y pueden tener un beneficio adicional para este caso de uso particular. El almacenamiento holográfico puede almacenar grandes cantidades de datos en pequeñas áreas de cristal simplemente cambiando el ángulo de la luz que se ilumina.
A diferencia del Project Silica basado en vidrio de Microsoft Research, estos datos de almacenamiento holográficos o HSD se pueden borrar con luz ultravioleta; por lo que es posible reescribir, tal cual un disco duro o SSD normal.
El proyecto HSD es una colaboración entre Microsoft Research Cambridge y Microsoft Azure: el almacenamiento holográfico como un diseño que prioriza la nube. Se está capitalizando la reciente mejora exponencial y la mercantilización de las tecnologías ópticas, como las cámaras de los teléfonos inteligentes; así también, la oportunidad única de diseñar a escala de la nube.
El enorme crecimiento que vemos en la nube hoy en día ha sido impulsado en gran medida por los avances en la electrónica integrada. Sin embargo, de cara al futuro, estos avances se estancan. En Microsoft Research, establecimos el programa Optics for the Cloud en colaboración con Microsoft Azure; buscando nuevas formas de explotar componentes ópticos y tecnologías en combinación con la electrónica. Mientras, buscamos apoyar el crecimiento en la computación, el almacenamiento y las redes en la nube. Como investigadores, la nube nos ha brindado una oportunidad única de volver a la mesa de dibujo y pensar en diseñar tecnologías basadas en la nube desde cero
-Ant Rowstron, Distinguished Engineer de Microsoft
¿Cómo funciona el almacenamiento holográfico?
El almacenamiento holográfico utiliza luz para registrar páginas de datos, cada una con cientos de Kb de datos como un pequeño holograma dentro de un cristal. El holograma ocupa un pequeño volumen dentro del cristal; este se representa como una zona y se pueden registrar varias páginas en el mismo volumen físico o zona.
Las páginas de datos se vuelven a leer difractando un pulso de luz del holograma grabado y capturándolo en una cámara. Esto reconstruye la página de datos original. Los hologramas grabados se pueden borrar con luz ultravioleta y los medios se pueden reutilizar para almacenar más hologramas; esto lo convierte en un medio de almacenamiento regrabable.
Paralelismo inherente
El paralelismo inherente de la óptica, la capacidad de escribir y leer bits en paralelo, siempre ha sido una de las características más atractivas del almacenamiento holográfico.
Este paralelismo tiene el potencial de proporcionar un alto rendimiento de datos. Además, buscar o direccionar páginas diferentes, solo requiere la dirección de haces ópticos en lugar del movimiento de un gran sistema mecánico. Esto se puede lograr a tasas mucho más altas que en los dispositivos de almacenamiento existentes como HDD, mediante el uso de dispositivos electrónicos. En este caso, el almacenamiento holográfico tiene el potencial de tener latencias de búsqueda mucho más bajas; esto da como resultado proporcionar mayores tasas de acceso con capacidades rentables. Esta característica es particularmente atractiva para las muchas aplicaciones en la nube que necesitan altas tasas de acceso y baja latencia de espera al acceder al almacenamiento.
Resolución de cámaras
La industria de los teléfonos inteligentes ha impulsado la resolución de las cámaras básicas en un factor de 100 durante las últimas dos décadas. En Project HSD, se aprovecha esta resolución para simplificar el hardware óptico y trasladar la complejidad al software.
En el pasado, era necesario utilizar ópticas complejas desde el dispositivo de visualización hasta la cámara para maximizar la densidad; esto con la finalidad de lograr una coincidencia de píxeles uno a uno. Hoy en día, se puede aprovechar las cámaras de alta resolución y las técnicas modernas de aprendizaje profundo, el conocido como deep learning; esto con el fin de trasladar la complejidad al dominio digital.
Lo anterior permite usar ópticas más simples y económicas sin coincidencia de píxeles, compensando las distorsiones ópticas resultantes con hardware y software básicos. Este enfoque también reduce las tolerancias de fabricación ya que el sistema se puede compensar y calibrar en tiempo de ejecución en el software. El uso de esta combinación de componentes básicos de alta resolución y el aprendizaje profundo ha permitido aumentar la densidad de almacenamiento en 1.8 veces más.
Se ha visto un rendimiento convincente en términos de tiempo de escritura/lectura y densidad de almacenamiento que se puede obtener en una sola zona; sin embargo, el desafío para hacer que sea práctico para la nube es desarrollar enfoques que permitan escalar la capacidad de almacenamiento, aumentando número de zonas y manteniendo las mismas tasas de acceso en múltiples zonas. Los enfoques anteriores en este espacio simplemente movían mecánicamente los medios, sin embargo esto es demasiado lento.
Para abordar este problema, actualmente se está trabajando en la demostración de un enfoque multizona sin movimiento mecánico que mantenga la tasa de acceso. El objetivo futuro del almacenamiento holográfico en Project HSD es crear una tecnología que se adapte de forma única a la nube; esto con velocidades de acceso rápidas y una densidad de almacenamiento que supere en gran medida a sus predecesoras.
Más info:
https://www.microsoft.com/en-us/research/project/hsd/
