读懂绿色超级光盘

邬乐佳 文静

在童话故事中，你一定听说过神奇的“水晶球”，它无所不知、充满智慧，可以告诉我们很多问题的答案。在现实生活中，当我们有了因惑，可以在图书馆畅游书海探寻答案。中国国家图书馆藏书丰富，超过 4000 万册，整个图书馆的面积大约相当于 40 个标准足球场，体量相当大。大家是否想过，或许我们有办法将图书馆的所有藏书收藏到手掌般大小的“记忆宝匣”里，满足随时随地阅览的需求。“超级光盘”就能实现这个愿望，我们一起来看看它的本事吧！

超级光盘是什么

“超级光盘”是光盘的一种，它由上海理工大学光子芯片研究院院长、张江实验室光计算所所长顾敏院士和文静教授团队及中科院上海光学精密机械研究所阮昊研究员等联合研发，采用了国际首创的荧光超分辨光存储技术，具有Pb量级的超大存储容量。

“光盘”与我们生活中常见的移动硬盘、U盘等电子存储设备一样，是一种存储器件。传统光盘利用激光在具有良好反射性的光滑空白盘面上烧蚀凹状“小坑”，当光照在这些“小坑”上时不反射信号，照到没有“小坑”的空白处时反射信号。反射信号和不反射信号的对比，就好比二进制开关，我们日常使用的电脑、平板和手机都是二进制原理。人们将接收到的光盘信号进行特定编码和解码，可以实现二进制信息数据的写入与读出。

盘面上烧蚀的凹坑大小只有几百纳米。人肉眼可以观察到的尺度在毫米量级，1毫米等于1000微米， 1微米等于1000纳米。我们的发丝很细，直径不足100微米，光盘上的“小坑”却仅仅是发丝直径的几百分之一，可见这些记录信息的“点”是多么小。光盘通过这种方式能记录大量数据信息，可谓“小身材大容量”。

不可思议的超大容量

了解了光盘及其工作原理，我们一起来看看Pb量级是怎么一回事。一个Pb相当于一个拍字节。我们使用的电子设备的基础原理基本基于二进制，大家在信息技术课上可能学过，二进制数使用0和1来表示，每个0或1是一个位，是数据和信息量的最小度量单位。

传统单个商用光盘的最大存储容量仅在几百Gb，采用全新超分辨光存储技术的“超级光盘”的单个光盘存储容量最高可达1.6Pb。我们可以从更直观的角度来理解Pb量级承载的信息量，在一般编码规则中，一个英文字母占1字节，一个中文汉字占2字节，中国古典四大名著之一的《红楼梦》约七十余万字，占1.45 Mb 左右，使用1.6 Pb的“超级光盘”能存储将近12亿部《红楼梦》。国家图书馆馆藏图书不過4000万册，有了“超级光盘”，把它们“装进口袋”将不再是梦想。

为什么超级光盘技术是“绿色”的？

高存储量的“超级光盘”技术在当今社会发展中有何用武之地呢？众所周知，在计算机和互联网技术的飞速发展下，人类已经进入了数字社会和数字经济的新时代。每时每刻、每地每处都持续产生着大量信息数据，大到科学研究、国家工程，小到工厂生产、教育教学，就连人们发布的朋友圈，都伴随着大量数据的产生、调用、分析、判定及决策。通过对大量数据的分析，我们能发现新的科学规律和理论、改善和提高产品质量与生产效率、精准定位客户需求等。

大数据已然成为驱动社会高速发展的重要推动力。值得一提的是，对人类具有重要意义和深远影响的人工智能，特别是ChatGPT这种通用人工智能大模型，严重依赖数据。如果把人工智能模型比作汽车发动机，那么数据就是燃料，海量数据是通往人工智能的阶梯。然而，面对海量数据就会出现数据存储的难题，安全、低成本、长时间保存数据显得尤为重要。

目前，主流的存储方式包括传统光盘、磁盘和固态硬盘，但传统光盘单个光盘存储容量低，硬盘存储存在耗电量大等缺点。举例来说，2022年，全国用于存储数据的数据中心耗电量高达2700亿千瓦时，超过上海市的总用电量，比2.5个三峡水电站全年发电量还多，随之而来的是上亿吨的碳排放，存储耗电量还在以超预期的速度增长。这种存储方式在气候和环境问题日益严峻的当下显得不合时宜，不符合碳减排的绿色可持续发展理念。“超级光盘”不但具有超大存储容量，光学存储这种记录方式也自带“绿色”属性，在数据存储过程中，耗电量小、成本低、寿命长，是一种节能的大数据存储方式，是数字社会数字经济快速且稳定发展的基石。

从被制约走向遥遥领先

中国光盘技术产业的发展，是一部跌宕起伏的历史。早期，我国在光盘技术研究方面并不落后于其他国家，研究人员在20世纪90年代初就开发出了风靡一时的VCD。但由于光盘本身在存储容量上的瓶颈，磁盘存储和固态硬盘存储技术又在飞速发展，我国光盘产业和光盘研究一度呈现萎缩的状况。目前，磁盘和硬盘存储的核心技术基本掌握在国外厂商手中，对我国形成了技术壁垒，制约着我国存储产业的发展。

我国自主研发的绿色“超级光盘”不仅突破了光盘在存储容量上的瓶颈，在性能方面世界领先，还结合光学存储在节能等方面的优势开辟了大数据存储的新模式，相当于我国在存储产业这一新赛道掌握了核心技术。