Actualizado a: 3 de noviembre de 2023
Se han intentado desarrollar gran cantidad de alternativas a las memorias convencionales, como los discos duros magnéticos, con la aparición de los nuevos SSD se ha conseguido un paso muy importante. Sin embargo, muchos investigadores están mirando más allá de eso, con tecnologías como los cristales de almacenamiento de datos. Una tecnología en la que poder guardar gran cantidad de información de forma muy duradera.
Evolución de los medios de almacenamiento
Durante décadas hemos dependido de medios de almacenamiento como las tarjetas perforadas, y que podían romperse, perdiendo la información que contenían. Además, el acceso a este tipo de información que usaron las primeras máquinas era lenta.
Después de ello llegaron los medios magnéticos para conservar nuestros datos, desde el almacenamiento en cintas utilizado por las sondas Voyager hasta los disquetes y discos duros más actuales. Estas unidades son baratas y pueden almacenar gran cantidad de datos, con mayor resistencia que los medios ópticos, como los CDs, DVDs, y BR, ya que éstos son más susceptibles a la humedad o a ralladuras, haciendo que la información se degrade y resulte también inaccesible.
En cambio, las unidades magnéticas tampoco son las mejores para la preservación a largo plazo, ya que tienden a sufrir problemas. Por ejemplo, las cintas magnéticas empleadas en los primitivos ordenadores, o las que se emplean ahora nuevamente en supercomputación, pueden deteriorarse y perder los datos, o pueden sufrir daños físicos.
Por otro lado, los discos duros magnéticos tampoco son infalibles, aunque permiten almacenar la información durante varios años. Pero lo cierto es que, como sabemos, pueden sufrir averías de las partes mecánicas, de la PCB a nivel electrónico, o por impactos, cuando el cabezal choca contra los platos o discos interiores. Además, si se abren sin estar dentro de una sala blanca apropiada, pueden destruirse. Por tanto, tampoco son infalibles.
Es cierto que las unidades SSD han llegado para mejorar algunas de estas vulnerabilidades de los discos duros HDD. Por ejemplo, al ser chips semiconductores de estado sólido, no son tan susceptibles a los impactos, y no tienen partes mecánicas que puedan averiarse. Eso sí, tampoco son infalibles, ya que pueden degradarse tras unos miles o millones de ciclos de escritura (dependiendo del tipo de celda de memoria NOR, NAND, y derivados), como todos sabemos.
Es cierto que existen soluciones que permiten evitar la pérdida de datos en la actualidad, como el backup o copia de seguridad, e incluso los sistemas RAID, con redundancia de unidades HDD o SSD. Pero esto no es lo mejor por varios motivos, como las molestias que hay que tomarse para realizar copias de seguridad, la necesidad de otros medios de almacenamiento adicionales con su coste, etc.
Por esto, muchos investigadores están buscando nuevos medios de almacenamiento que sean baratos, puedan albergar gran cantidad de datos en un tamaño reducido, y que puedan durar muchos años sin alterarse. Es decir, un medio sólido y fiable que pueda durar incluso miles de años, y eso es lo que ha estado haciendo Microsoft con su Project Silica…
¿Cuánto dura la información en los medios actuales?
En cuanto a la duración aproximada de los métodos actuales, tenemos:
- Discos duros magnéticos (HDD): estas unidades tienen platos que giran, y que están fabricados con un substrado base que suele ser de alguna aleación de aluminio y que representa la estructura rígida. Luego tenemos una capa de soporte que suele estar hecha de vidrio o cerámica, y que proporciona una superficie más lisa y estable para el recubrimiento magnético. Y, finalmente, tenemos una capa magnética que se compone de material ferromagnético, como el óxido de hierro (Fe2O3) o aleaciones de hierro, níquel y cobalto (Fe-Ni-Co). Esta capa es donde se graban los datos mediante la polarización de partículas magnéticas en áreas específicas, representando así la información digital. Este tipo de unidades suele tener unos tiempos de vida de entre 2 y 6 años, dependiendo de la marca y modelo, ya que en esta duración influyen factores como la calidad, el uso o carga de trabajo, condiciones de operación (temperatura y humedad), golpes y vibraciones, o los ciclos de encendido y apagado.
- Discos duros de estado sólido (SSD): estos medios se basa en memoria flash, como también los pendrives. Es la misma tecnología, formada por celdas de memoria que usan semiconductores capaces de guardar una carga específca mientras no sea modificada. De esta forma, pueden representar los ceros y unos según dicha carga, sin necesidad de alimentarla constantemente con energía. Es decir, se trata de un chip con una capacidad de memoria no volátil determinada. Al no tener partes móviles, como los HDD, permite resistir golpes de más fuerzas G que un HDD. No obstante, no son irrompibles, y lo peor es que estas celdas duran más o menos según el tipo. Por ejemplo, una NOR podría durar unos 10.000 o 100.000 ciclos, mientras que las actuales NAND duran más, pero dependiendo de la tecnología empleada, tenemos que una SLC puede estar entre los 100.000 y 1.000.000 de ciclos de escritura, mientras las MLC bajan entre 10.000 y 100.000 ciclos, TLC está en unos 10.000 ciclos, y la QLC incluso menos. Esto, dependiendo del uso y de los ciclos a los que se someta la unidad, también puede dar medias de unos 5 a 10 años, más que un HDD, pero sigue siendo insuficiente para algunos casos.
- Cintas magnéticas: estas cintas tienen similitudes con los HDD, ya que usan un material de base en forma de lámina delgada y flexible, que suele ser material polímerico, como el PET o poliéster, o el policarbonato. Sobre esta capa base se usa una capa magnética hecha de partículas ferromagnéticas o de óxido de hierro (Fe2O3) suspendidas en un aglutinante. Estas partículas pueden magnetizarse en una dirección específica para representar datos binarios (0 o 1). Para proteger la capa magnética y evitar el desgaste debido al contacto con los cabezales de lectura/escritura de los dispositivos de cinta magnética, se aplica una capa protectora en la parte superior de la capa magnética. Esta capa suele ser de material resistente y puede estar hecha de óxido de aluminio, dióxido de carbono o materiales similares. Esto permite que estas cintas tengan duraciones de varias décadas, según la calidad.
- Medios ópticos: los CDs, DVDs, o los Blu-Ray, son unidades de almacenamiento algo más sensibles por su superficie expuesta y sensibilidad a la luz o a la humedad, ya que existen algunos hongos que se comen el polímero de estos discos. La capa superior, la que está en contacto con la superficie, está hecha de policarbonato transparente. Esta capa protege las capas de datos inferiores y permite que el láser de lectura/escritura del reproductor de CD pase a través de ella. Debajo de la capa de policarbonato se encuentra una capa reflectante. Esta capa refleja la luz del láser del reproductor de CD cuando se está leyendo el disco, según los pits/lands grabados, interpretando así los unos y ceros. En los discos estándar, esta capa suele estar hecha de aluminio, en otros casos, como los regrabables, puede estar fabricada en otras aleaciones. La capa de datos es la capa donde se graba la información digital, con esos pits y lands en la pista que va desde el centro del disco hasta el borde externo, en forma de espiral. También tiene una capa protectora para ser más resistente a los daños físicos, y que puede ser de diferentes materiales. Por supuesto, también tenemos una etiqueta superior en caso de no ser de doble cara. La duración en estos medios es de unos 30 a 100 años, pero raramente llegan a tanto, ya que para llegar a esos límites habría que almacenarlos y manipularlos con mucho cuidado y bajo condiciones ideales.
Por tanto, conseguir unidades con duraciones de 1000 años o más, es todo un logro que se puede conseguir con proyectos como el siguiente.
¿Qué es Project Silica? Y las capacidades de usar cristales para almacenar datos
Microsoft lanzó una iniciativa llamada Project Silica en 2016. El objetivo era crear un medio de almacenamiento duradero y con una alta densidad de datos usando cristal de cuarzo, que por otro lado es muy abundante y barato. En un inicio, solo fue un proyecto teórico, pero luego se consiguieron avances a nivel prácticos, pudiendo almacenar la película Superman en un pequeño trozo de cristal.
Esta tecnología ha ido evolucionando con el paso del tiempo, y Microsoft apunta a que podría convertirse en una alternativa a los discos duros convencionales según los últimos logros que han conseguido, almacenando hasta 7 TB en un área muy pequeña. Una cantidad bastante considerable de información, e incluso superior a la mayoría de los discos duros actuales.
Pero lo más sorprendente no es eso, sino que son películas de cristal que no se estropean al carecer de partes móviles, y que pueden almacenar la información hasta aproximadamente 10.000 años, según la propia empresa de Redmond.
Gracias a este logro de Microsoft, los cristales de cuarzo se están convirtiendo en una realidad, aunque por ahora se limita a pruebas de laboratorio, pero que en un futuro próximo podría convertirse en un producto para las masas, aunque inicialmente tal vez sea una tecnología algo cara destinada para empresas y entidades que necesiten almacenar datos a largo plazo.
Cómo funcionan los cristales
Los cristales de cuarzo del Project Silica de Microsoft tienen un funcionamiento muy sencillo de comprender:
- Todo comienza con un láser de femtosegundo que es el encargado de grabar la información en la superficie del cristal de cuarzo.
- Una vez grabada, la información puede permanecer durante mucho tiempo en este módulo de cristal. Incluso se pueden almacenar estos módulos de forma ordenada en una biblioteca.
- Para su lectura, se emplea un microscopio sensible a la polarización y un sistema informático que se encarga de decodificar la información.
Las ventajas de esto es que tenemos una biblioteca con mucha información en poco espacio, duradera hasta miles de años, y que se puede dejar almacenada sin necesidad de energía eléctrica para refrescar estas memorias. Tan solo con un sistema robótico para localizar el módulo donde se encuentra la información que necesitamos, y que lo pasa al lector cuando hace falta para su lectura.
La compañía tiene el objetivo de usar este sistema de almacenamiento para su nube, una idea prometedora que ahorrará gran cantidad de energía eléctrica en los centros de datos, y que sustituirá a las actuales cintas magnéticas que han vuelto a usarse para este sector, y que tienen los inconvenientes que anteriormente he citado…
Noruega y isla del archipiélago de Svalbard donde está la bóveda del fin del mundo
La Bóveda del Fin del Mundo del archipiélago de islas Svalbard, en Noruega, es un emplazamiento conocido oficialmente como el «Banco Mundial de Semillas de Svalbard» o el «Global Seed Vault,» es una instalación de almacenamiento de semillas de las plantas y especies del mundo. Su objetivo principal es preservar y proteger muestras de semillas de cultivos importantes y diversos de todo el mundo en caso de desastres naturales, conflictos bélicos o cualquier otro evento que pueda amenazar la diversidad genética de las plantas cultivadas en la Tierra. Sin embargo, dadas sus características, este emplazamiento ha sido empleado para algo más que para almacenar semillas, como veremos más adelante.
Sea lo que sea que se almacene, este emplazamiento tiene características que lo hacen muy atractivo para este fin, como:
- Ubicación remota: se encuentra en una ubicación remota en el archipiélago de Svalbard, cerca del Polo Norte. Esta ubicación aísla las semillas de amenazas potenciales y proporciona un entorno frío y seco que es ideal para la preservación a largo plazo.
- Seguridad y protección: la bóveda está construida dentro de una montaña y está diseñada para resistir terremotos y otros desastres naturales. Además, se mantiene a temperaturas bajo cero para garantizar la conservación de las semillas. Además, es un territorio bastante neutral, por lo que la influencia de ciertos países no sería tan grande. Por otro lado, tiene temperaturas de entre 5ºC y -20ºC en sus bóvedas, que son bastante estables a nivel sísmico o en caso de ataques superficiales.
- Respaldo de diversidad: esta bóveda almacena semillas, pero también otras cosas importantes, como información sobre la informática y multitud de códigos fuentes de los programas más importantes del mundo, incluido Linux. Por esto se conoce como Artic World Archive, porque no solo almacenará semillas, sino más información de la humanidad…
- Acceso restringido: el acceso a la bóveda está restringido y solo está permitido a personas autorizadas, como científicos y organizaciones de conservación. Las semillas se almacenan en cajas y no se pueden utilizar sin la autorización correspondiente.
- Colaboración internacional: la bóveda es una colaboración internacional y es administrada por el Gobierno de Noruega, el Banco Genético Nórdico y el Crop Trust. Numerosos países y organizaciones de todo el mundo contribuyen con muestras de semillas para su almacenamiento.
Y bien, ahora lo que más no interesa, qué hay dentro que nos pueda interesar como informáticos o amantes de la tecnología…
Artic Code Vault: Tecnología preparada para el apocalipsis
El remoto archipiélago de Svalbard ha adquirido recientemente notoriedad en el ámbito de la ciencia y la tecnología, ya que, como he dicho anteriormente, no solo se han almacenado millones de semillas para prevenir una hipotética extinción, también se ha almacenado allí todo el repositorio de código abierto de GitHub, ahora propiedad de Microsoft. De esta forma, en caso de que ocurra algún apocalipsis, se puedan recuperar estas tecnologías de forma sencilla para poder volver a empezar a construir una civilización informatizada. Algo que parece de película de ciencia ficción, pero que así se ha hecho.
Este código será almacenado en formato físico en un tipo de película especial diseñada para preservar estos datos durante los próximos mil años. Entre los códigos fuente que se han almacenado están algunos tan importantes como Linux, entre otros proyectos importantes presentes en GitHub (TensorFlow, Kubernetes, React Native y un enorme etc), protegiéndolos de ataques militares, desastres naturales y ciberataques.
Tan famoso se ha hecho este caso que se ha plasmado en un documental de Bloomberg que nos relatan este nuevo y singular proyecto llevado a cabo por GitHub y su CEO, Nat Friedman, quien viajó a Svalbard para depositar la primera de las bobinas que almacenarán todo este contenido de forma permanente durante muchos años. En la primera bobina se encontraba, por ejemplo, el código fuente de sistemas operativos como Android y Linux, así como de otros 6.000 proyectos de código abierto de alto nivel.
¿Qué es Piql AS?
Para almacenar esta información, GitHub pensó en la empresa noruega Piql AS, que se dedica precisamente a crear medios de almacenamiento persistentes que puedan durar durante mucho tiempo. Estos medios no son ni ópticos, ni magnéticos, ni tampoco flash, sino que se han creado para ser más duraderos, sin necesidad de energía, y que puedan leerse fácilmente en caso de este tipo de «apocalipsis».
El almacenamiento elegido son bobinas que contienen una película especial en la que se imprime el código fuente de los proyectos que se desean proteger. Esta película es similar a la de un microfilm, como el de las cntas magnéticas, pero son datos fácilmente legibles por un ordenador, pero también se podrían leer mediante una lupa, en caso de que la tecnología falle en caso de ese supuesto apocalipsis.
Las bobinas de Piql AS utiliza rollos de película extremadamente resistente recubierta con una capa de óxido de hierro. Teóricamente, este material puede preservar los datos durante al menos 750 años en condiciones normales y hasta 2.000 años en un entorno con bajos niveles de oxígeno, bajas temperaturas y aire seco, como el proporcionado por la ubicación elegida. Por tanto, en esta bóveda del fin del mundo podrían durar unos 1000 años de media.
Cada una de estas bobinas alberga hasta 120 GB de datos. Una cantidad de datos importante, pero que necesitará de muchas de estas bobinas para almacenar toda la información contenida en GitHub en este emplazamiento, con 240 TB de datos aproximados con todos los proyectos de código abierto.
Recordemos que algunos centros de datos han sido devastados por inundaciones, incendios, etc., perdiendo gran cantidad de datos que no se ha podido recuperar, y afectando a multitud de clientes y empresas. Tenemos varios ejemplos, y algo así podría evitarlo…
Eso sí, tampoco es un método infalible, ya que el código fuente no deja de desarrollarse, por lo que la versión almacenada en estas bobinas de forma estática se vuelve obsoleta. De hecho, ya se han vuelto obsoletos todos los proyectos de código fuente almacenados, puesto que se han implementado mejoras en las sucesivas versiones que se han lanzado durante este tiempo, y que solo están en los servidores de GitHub, pero no en Svalvard. Por tanto, habrá que actualizarlos cada cierto tiempo, para tener las copias más recientes posibles…
