El almacenamiento de datos holográficos ha sido un tema de discusión durante décadas. Considerado en su momento como la próxima generación de almacenamiento óptico, prometía densidades y velocidades de acceso superiores a las de los discos Blu-ray actuales.
A lo largo de los años, numerosos equipos de investigación intentaron construir sistemas holográficos que pudieran satisfacer las crecientes demandas de almacenamiento de datos. Sin embargo, estos equipos lograron pocos resultados concretos más allá de los ocasionales prototipos.
A pesar de estos esfuerzos, Microsoft ha revitalizado el almacenamiento holográfico con el Proyecto HSD, una colaboración entre Microsoft Research Cambridge y Microsoft Azure, cuyo objetivo es adaptar la tecnología holográfica al almacenamiento a escala de nube.
¿Por qué hologramas para almacenamiento?
El almacenamiento holográfico, a veces denominado almacenamiento 3D, es un sistema de almacenamiento volumétrico que utiliza láseres para leer y escribir datos, similar a otros métodos de almacenamiento óptico.
Sin embargo, mientras que medios como CD, DVD y discos duros solo pueden almacenar datos en la superficie del medio, limitando su capacidad a un almacenamiento bidimensional, el almacenamiento holográfico utiliza todo el volumen del medio, lo que permite almacenar más datos en un espacio menor y aumentar las velocidades de escritura y lectura de datos.
El investigador de Polaroid Pieter J. van Heerden propuso por primera vez el almacenamiento de datos holográficos a principios de la década de 1960, poco después de la invención del láser. A principios de la década de 2000, equipos de investigación tanto en la industria como en la academia habían hecho avances significativos en la demostración del potencial de la tecnología. Dos esfuerzos prominentes provinieron de Aprilis, una filial de Polaroid, y de InPhase Technologies, una filial de Bell Labs. Ambas empresas intentaron llevar el almacenamiento holográfico al mercado, pero finalmente ninguna logró el éxito comercial. Dow Corning adquirió Aprilis y InPhase eventualmente se declaró en bancarrota.
Hubo muchos otros esfuerzos, pero ninguno pudo cambiar el rumbo del almacenamiento de datos holográficos. La mayoría de estos intentos se centraron en el uso de medios circulares similares a CD o DVD para soportar operaciones de escritura única y lectura múltiple (WORM), pero el almacenamiento holográfico competía contra tecnologías más establecidas, que también habían avanzado.
Proyecto HSD: el renacimiento del almacenamiento holográfico
Para abordar las necesidades futuras de almacenamiento, Microsoft lanzó el Proyecto Holographic Storage Device (HSD), un esfuerzo de investigación colaborativa que revisita la tecnología holográfica, pero esta vez con la idea de proporcionar almacenamiento a escala de nube para soportar datos cálidos.
El Proyecto HSD forma parte del grupo Optics for the Cloud en Microsoft Research Lab en Cambridge, Inglaterra. Otro de los esfuerzos del grupo es el Proyecto Silica, que experimenta con el uso de cristales para ofrecer almacenamiento archivístico a largo plazo. Sin embargo, el Proyecto Silica se centra solo en operaciones WORM, al igual que los enfoques tradicionales de almacenamiento de datos holográficos. El Proyecto HSD hace posible borrar y reescribir datos, y ofrecerá velocidades de lectura y escritura más rápidas.
Según Microsoft, la misión del proyecto es «diseñar un almacenamiento en la nube sin movimiento mecánico, de alta resistencia, que sea tanto eficiente en rendimiento como rentable». Microsoft también afirma que el proyecto ya ha logrado una densidad 1.8 veces mayor que los primeros prototipos de almacenamiento holográfico volumétrico. El equipo trabaja para aumentar aún más las densidades y lograr tasas de acceso más rápidas.
Para ayudar a cumplir estas promesas, el Proyecto HSD utiliza componentes comunes como las cámaras de alta resolución y las pantallas de los teléfonos inteligentes actuales. El proyecto también utiliza aprendizaje automático y aprendizaje profundo para mejorar aún más la precisión y el rendimiento. Como resultado, el equipo ha reducido las distorsiones ópticas y los requisitos de tolerancia de fabricación. Utiliza software para compensar y calibrar el sistema en tiempo real.
El material utilizado para el medio de almacenamiento también diferencia al Proyecto HSD de otros intentos de almacenamiento de datos holográficos. Muchos de los otros proyectos utilizaron polímeros para almacenar cambios permanentes en el material, lo que limitaba sus operaciones a WORM. En contraste, el Proyecto HSD almacena los hologramas en materiales cristalinos electro-ópticos. El proyecto almacena cada holograma como una variación espacial en la distribución de la densidad de electrones, que puede cambiar al exponer el medio a la luz de una longitud de onda específica. Los hologramas también se pueden borrar exponiendo el material cristalino a luz ultravioleta.
¿Cómo funciona el almacenamiento de datos holográficos?
A pesar de la desviación de Microsoft del almacenamiento holográfico tradicional, el enfoque básico para leer y escribir datos es bastante similar. El proceso de almacenamiento comienza dividiendo un haz láser en dos señales. Uno de los haces transporta los datos al medio de almacenamiento. El haz de datos, también llamado haz de objeto o de señal, pasa a través de un modulador de luz espacial, que luego pasa o bloquea la luz en puntos correspondientes a 1s y 0s binarios. El haz de datos modulado continúa hasta el material cristalino.
El segundo haz de luz se llama haz de referencia. Este haz no pasa a través de un modulador de luz, sino que rebota en un espejo y se redirige hacia el medio de almacenamiento, donde se intersecta con el haz de datos para crear un patrón de interferencia 3D en el material óptico. El patrón forma un pequeño holograma que representa una sola página de datos, que puede contener cientos de kilobytes de datos. Una página de datos ocupa un pequeño volumen, o zona, dentro del material óptico. Una zona puede contener múltiples páginas, y el medio de almacenamiento puede contener múltiples zonas.
Un dispositivo de almacenamiento holográfico lee los datos difractando el haz de referencia del holograma en el medio de almacenamiento. El haz de datos no es necesario para esta operación. Una cámara captura la imagen difractada, lo que hace posible reconstruir la página de datos original. Un sistema de almacenamiento holográfico puede leer diferentes hologramas cambiando el ángulo del haz de referencia, o puede borrar los hologramas con luz UV, lo que hace posible reescribir los datos.
Aplicaciones y usos del almacenamiento de datos holográficos
En su uso de materiales cristalinos, el Proyecto HSD aprovecha el paralelismo inherente en la óptica. Permite escribir y leer datos del medio de almacenamiento en paralelo, lo que resulta en un mayor rendimiento general. El enfoque del proyecto también requiere menos partes mecánicas, como las que se encuentran en los discos duros. En cambio, limita el movimiento a reajustar el ángulo del haz láser; todos los demás componentes permanecen fijos. Además, el almacenamiento holográfico puede utilizar todo el volumen del medio, en lugar de solo su superficie, lo que ofrece densidades mayores que los tipos actuales de almacenamiento óptico.
Los enfoques tradicionales del almacenamiento holográfico se centraron en el archivo de datos y el soporte de operaciones WORM. El Proyecto HSD se dirige a datos cálidos que soportan tanto operaciones de lectura como de escritura, lo que podría beneficiar a los proveedores de servicios en la nube y los centros de datos empresariales. Los datos cálidos suelen ser accesados y actualizados con menos frecuencia que los datos que soportan aplicaciones comerciales importantes y rara vez se mantienen en tiempo real, aunque generalmente requieren mayor escalabilidad. Los requisitos de rendimiento pueden variar según las cargas de trabajo admitidas.
El almacenamiento de datos holográficos promete una forma rentable de responder a preguntas comerciales específicas de manera eficiente y oportuna. Su rápido rendimiento de lectura y su capacidad para actualizar datos lo hacen adecuado para almacenamiento de datos, análisis de big data y aplicaciones que incorporan tecnologías avanzadas como análisis predictivo o inteligencia artificial.
El futuro del almacenamiento de datos holográficos
A pesar de su promesa, el almacenamiento de datos holográficos tiene un largo camino por recorrer desde la fase de investigación hasta el punto en que las empresas puedan comprar productos comerciales. Los fabricantes tendrían que establecer entornos completamente nuevos para construir los dispositivos de almacenamiento, lo que requerirá un alto grado de precisión para asegurar una alineación adecuada entre los componentes. Además, la mayor parte de la investigación en el Proyecto HSD se ha centrado en escribir y leer desde una sola zona. El equipo aún enfrenta el desafío de ofrecer el mismo nivel de rendimiento en múltiples zonas. Otra preocupación es asegurarse de que la exposición inadvertida a la luz UV no borre los datos.
Porque el almacenamiento de datos holográficos es una tecnología con tantos falsos comienzos, no es sorprendente que Microsoft haya evitado hacer predicciones sobre la aplicación comercial de la tecnología. Mientras tanto, hay muchos otros esfuerzos para mantener entretenida a la industria, que van desde la memoria de clase de almacenamiento hasta el almacenamiento en ADN.
En un antiguo fábrica de papel tapiz en Chiswick, al oeste de Londres, una empresa emergente ha estado desarrollando un sistema de almacenamiento a largo plazo que utiliza láseres para grabar pequeños hologramas en un polímero fotosensible. El director ejecutivo Charlie Gale señala que con la cinta magnética, los datos solo se pueden almacenar en la superficie, mientras que los hologramas pueden almacenar datos en múltiples capas.
“Puedes hacer cosas llamadas multiplexación, mediante las cuales puedes superponer múltiples conjuntos de información en un espacio. Eso es realmente el superpoder de lo que estamos haciendo. Y creemos que podemos poner más información en menos espacio que nunca antes”, dice Gale.
A pesar de los avances realizados por empresas emergentes como Holografika, el camino hacia la comercialización del almacenamiento de datos holográficos sigue siendo desafiante. La tecnología aún enfrenta varios obstáculos técnicos y de implementación antes de que pueda convertirse en una opción viable para las empresas.
Charlie Gale, director ejecutivo de Holografika, señala que la multiplexación permite superponer múltiples conjuntos de información en un espacio, lo que es el verdadero «superpoder» de la tecnología holográfica. “Creemos que podemos poner más información en menos espacio que nunca antes”, dice Gale. Sin embargo, a pesar de su entusiasmo, Gale y otros en la industria reconocen que hay desafíos significativos por delante.
Uno de los principales desafíos es la estabilidad y durabilidad del medio de almacenamiento holográfico. Aunque los bloques de polímero pueden mantener datos durante largos períodos sin necesidad de refrigeración, garantizar que estos datos permanezcan intactos y legibles durante décadas o incluso siglos requiere pruebas exhaustivas y mejoras continuas en los materiales y técnicas de grabado.
Otro desafío es la integración de la tecnología holográfica con los sistemas de almacenamiento y procesamiento de datos existentes. Las empresas y los centros de datos han invertido mucho en infraestructura basada en tecnologías tradicionales como discos duros, SSD y cintas magnéticas. La transición a un nuevo sistema de almacenamiento requiere no solo la implementación de nuevos equipos, sino también la adaptación de software y procedimientos de gestión de datos.
Además, el costo de producción y la fabricación en masa de dispositivos de almacenamiento holográfico debe reducirse para que sea una opción atractiva y competitiva en el mercado. La fabricación de componentes ópticos de alta precisión y el desarrollo de medios de almacenamiento duraderos y fiables son procesos costosos que actualmente limitan la accesibilidad de esta tecnología.
A pesar de estos desafíos, el potencial del almacenamiento de datos holográficos para revolucionar la industria es innegable. Con la capacidad de almacenar grandes cantidades de datos en espacios reducidos y ofrecer velocidades de acceso rápidas, esta tecnología podría satisfacer las crecientes demandas de almacenamiento y procesamiento de datos en un mundo cada vez más digital.
Las aplicaciones potenciales van más allá de los centros de datos y la computación en la nube. La tecnología holográfica podría ser especialmente beneficiosa en campos como la investigación científica, donde el almacenamiento y la rápida recuperación de grandes volúmenes de datos son cruciales. También podría tener aplicaciones en el entretenimiento, permitiendo el almacenamiento de contenido multimedia de alta definición en dispositivos compactos y accesibles.
En última instancia, el éxito del almacenamiento de datos holográficos dependerá de la capacidad de la industria para superar los obstáculos técnicos y de implementación, así como de la aceptación y adopción de la tecnología por parte de las empresas y los consumidores. Con iniciativas como el Proyecto HSD de Microsoft y los esfuerzos de empresas emergentes como Holografika, el futuro del almacenamiento de datos holográficos parece prometedor, aunque aún queda un largo camino por recorrer antes de que se convierta en una realidad cotidiana.
el almacenamiento de datos holográficos representa una frontera emocionante y potencialmente transformadora en la tecnología de almacenamiento. A medida que la investigación y el desarrollo continúan avanzando, es posible que veamos un cambio significativo en la forma en que se almacenan y acceden los datos, llevando la tecnología holográfica del laboratorio al mercado y, finalmente, a nuestras vidas diarias.