近日，沙特阿卜杜拉國王科技大學(xué)何釗博士和所在團隊，打造了一種基于量子芯片的神經(jīng)儲存器，支持每平方厘米萬億個節(jié)點。相比此前的同類系統(tǒng)，本次系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模高出 2-7 個數(shù)量級。對于每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點來說，它都由薄膜上的量子核化誘導(dǎo)的納米電路組成。而這種薄膜則由相變材料構(gòu)成，這讓單個讀出通道只需消耗 0.07 納瓦特的電功率。

相比此前最佳的人造儲存器，在電功率上降低了 6 個數(shù)量級，并且比人腦生物神經(jīng)元的效率高出 1 個數(shù)量級。

由于本次芯片含有大量的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，并擁有出色的功率效率。課題組結(jié)合其量子特性，開辟了一種新形式的硬件安全原語。

安全原語，是一個物理系統(tǒng)或設(shè)備，它能夠基于單向物理現(xiàn)象生成獨特、且不可復(fù)制的數(shù)字指紋。安全原語的強大功能，吸引了學(xué)界研究身份驗證系統(tǒng)的興趣。當(dāng)前的身份驗證方法比如密碼和生物識別，已被證明可被黑客攻擊，不再足以保護用戶。

而本次研究證明：通過神經(jīng)芯片可以打造一種新技術(shù)，由于受到量子力學(xué)法則的保護，因此不會被硬件克隆所影響。

對于當(dāng)前和未公開的任何類型的人工智能攻擊，上述新技術(shù)都具有免疫性。

實驗結(jié)果顯示：其具有 99.6% 的可靠性、100% 的用戶認(rèn)證準(zhǔn)確度、以及較為理想的 50% 的密鑰唯一性。

其所擁有的量子特性，也比目前最好的技術(shù)高 3 倍以上，同時能在僅有 1 平方厘米的面積內(nèi)存儲 21104 多個密鑰。

在應(yīng)用前景上：

其一，可以實現(xiàn)安全應(yīng)用。

本次芯片能幫助確保智能能源網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施拒絕未經(jīng)授權(quán)的訪問，助力實現(xiàn)技術(shù)深度滲透的智慧城市。

未來，假如在成熟度更高的技術(shù)階段，基于本次芯片的原型能夠完成驗證，那么預(yù)計這項技術(shù)可以顯著遏制攻擊私人公司和政府機構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)犯罪行為。

其二，可用于自然語言處理任務(wù)。

比如，它能進行語言建模、情感分析、文本分類、機器翻譯和語音識別等。

基于儲存器的循環(huán)性質(zhì)，使其非常適合用于處理文本等順序數(shù)據(jù)。與此同時，它還具備捕獲復(fù)雜模式的能力，這讓其能針對語言的細(xì)微差別進行建模。

基于芯片上神經(jīng)儲存器的大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和高功率效率，則使其能在資源受限環(huán)境之中，開展實時的語言處理應(yīng)用。


DNA存儲技術(shù)能保持迄今為止的所有數(shù)據(jù)

日本東京大學(xué)在《自然》雜志上發(fā)表了一項DNA存儲技術(shù)的新進展。

說起DNA存儲技術(shù)，可能很多人還都比較陌生。它是仿照地球上生物存儲基因數(shù)據(jù)的方式，用DNA螺旋上一對對的堿基序列來存儲信息。這種技術(shù)的主要優(yōu)勢是，存儲的信息密度非常大，地球上迄今為止的所有數(shù)據(jù)，如果都使用這種方式來保存，只需要一公斤左右的DNA物質(zhì)。

不過，目前DNA存儲技術(shù)還處在早期探索階段，還有一系列需要解決的問題。比如，我們現(xiàn)在的確可以通過一些生物化學(xué)方法，把數(shù)據(jù)用堿基序列存儲下來，但是，如何準(zhǔn)確、快速地從一團亂麻的DNA物質(zhì)中定位、讀取這些數(shù)據(jù)，到現(xiàn)在連技術(shù)路線都不明確，更別說具體的操作了。

這次東京大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)表的研究，就是對解決這個問題的一次新嘗試。研究人員提出了一種新技術(shù)，叫做“基于生物酶的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”。別看名字里面有“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”四個字，這種技術(shù)并不是真的把DNA數(shù)據(jù)輸入到電腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)里面進行計算，而是仿照神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多層結(jié)構(gòu)，用化學(xué)的方法來定位、標(biāo)記出特定物質(zhì)。

所謂神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，其實就是一層一層的加減乘除和函數(shù)運算。要用化學(xué)方法來模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的計算過程，研究人員需要三樣?xùn)|西，分別是：數(shù)據(jù)載體、算法載體、運算平臺。

數(shù)據(jù)載體，就是試管里面的DNA物質(zhì)。

算法載體，就是生物酶。研究人員利用三種生物酶，它們各自的作用是：產(chǎn)生、剪切、降解DNA物質(zhì)。這三種酶可以理解成類似加減乘除這些算法的對應(yīng)載體，用它們來一層一層地篩選DNA物質(zhì)。

運算平臺，是一種生物芯片。將DNA物質(zhì)涂敷在芯片上，進而利用生物酶來跟DNA物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，通過顯微鏡來觀察反應(yīng)的結(jié)果。這就好比是一臺模擬計算機，在運算這個生物酶的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。

通過這種方式，研究人員成功地從大量DNA樣品中定位了一些物質(zhì)片段。研究人員表示，下一步，他們將嘗試用這種方法，計算存儲了真實數(shù)據(jù)的DNA，比如圖片數(shù)據(jù)、聲音數(shù)據(jù)等等。

當(dāng)然，這種基于DNA存儲路線的數(shù)據(jù)提取方法還處在非常早期的階段，還有很多難題沒有攻克。甚至，DNA物質(zhì)是否真正適合除了生物之外的數(shù)據(jù)存儲場景，也有待討論。


中科院超大光盤有望走向商業(yè)化數(shù)據(jù)存儲市場

中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所（以下簡稱“上海光機所”）與上海理工大學(xué)等科研單位合作，在超大容量超分辨三維光存儲研究中取得突破性進展，在國際上首次實現(xiàn)Pb量級的超大容量光存儲。相關(guān)研究成果于2024年2月22日發(fā)表于《自然》（Nature）雜志。

研究成果的通訊作者之一上海光機所研究員阮昊接受記者采訪表示，如果后續(xù)產(chǎn)業(yè)界投入充足的話，這項技術(shù)預(yù)計五到十年左右能走向產(chǎn)業(yè)化，成為大數(shù)據(jù)長期存儲的首選。特別是隨著人工智能時代的來臨，需要大量數(shù)據(jù)存下來用于訓(xùn)練，數(shù)據(jù)存儲將是一個爆炸性增長的市場。

研究團隊利用國際首創(chuàng)的雙光束調(diào)控聚集誘導(dǎo)發(fā)光超分辨光存儲技術(shù)，實驗上首次在信息寫入和讀出均突破了衍射極限的限制，實現(xiàn)了點尺寸為54nm、道間距為70nm的超分辨數(shù)據(jù)存儲，并完成了100層的多層記錄，單盤等效容量達Pb量級，對于我國在信息存儲領(lǐng)域突破關(guān)鍵核心技術(shù)、實現(xiàn)數(shù)字經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

相關(guān)研究成果于2024年2月22日發(fā)表于《自然》（Nature）雜志。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，上海理工大學(xué)光子芯片研究院院長、中國工程院外籍院士顧敏和上海理工大學(xué)教授文靜。上海光機所博士后趙苗和上海理工大學(xué)教授文靜為并列第一作者。

光存儲技術(shù)具有綠色節(jié)能、安全可靠、壽命長達50到100年的獨特優(yōu)勢，非常適合長期低成本存儲海量數(shù)據(jù)，然而受到衍射極限的限制，傳統(tǒng)商用光盤的最大容量僅在百GB量級。在信息量日益增長的大數(shù)據(jù)時代，突破衍射極限、縮小信息點尺寸、提高單盤存儲容量長久以來一直都是光存儲領(lǐng)域的不懈追求。

據(jù)中國信息通信研究院發(fā)布的《全球數(shù)字經(jīng)濟白皮書（2023年）》，主要國家數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展持續(xù)提速。

阮昊接受上證報記者采訪時說：“數(shù)據(jù)存儲是數(shù)字經(jīng)濟的基石之一。80%的數(shù)據(jù)都需長期、綠色、安全保存，我們的技術(shù)可能是大數(shù)據(jù)長期存儲的首選，具有廣闊的應(yīng)用前景。特別是隨著人工智能時代的來臨，需要很多數(shù)據(jù)存下來用于訓(xùn)練，數(shù)據(jù)存儲將是一個爆炸性增長的市場。假如產(chǎn)業(yè)投入充足的話，樂觀估計，該技術(shù)有可能5年走向產(chǎn)業(yè)化?！?/span>

存儲市場的現(xiàn)狀和未來走向

IDC在2018年的一項研究中預(yù)測，到2025年，全球共將需要存儲175 ZB的數(shù)據(jù)，年平均增長率為27%。但我們似乎正在加速達到甚至超過這一數(shù)量。根據(jù)Statista的估算，屆時的數(shù)據(jù)總量，將超過180 ZB，再加上COVID-19疫情流行的全面影響，這一數(shù)字有可能會更高。

有這樣幾股力量，推動了數(shù)據(jù)量驚人的增長速度，包括眾多的大數(shù)據(jù)計劃、人工智能和機器學(xué)習(xí)程序、遠(yuǎn)程辦公人數(shù)的增加、5G網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)的日益普及。

在這一數(shù)據(jù)增長的過程中，即使面臨有疫情和供應(yīng)鏈的問題，存儲制造商們通常還是可以跟上節(jié)奏的。盡管HDD繼續(xù)領(lǐng)先于SSD，但兩者之間的差距正在逐漸縮小。磁帶驅(qū)動器和磁帶步入了“文藝復(fù)興”期。存儲類內(nèi)存正在緩慢且持續(xù)地被引入數(shù)據(jù)中心之中。每年，制造商們的出貨量都會比前一年更多，而且這種情況很可能會一直持續(xù)下去。

然而，制造商們是否能夠滿足未來的數(shù)據(jù)存儲需求，還有待商榷。雖然有一些很有前途的技術(shù)正在研發(fā)中，但距其可以實現(xiàn)商業(yè)化，還需要很多年。但盡管如此，許多業(yè)內(nèi)人士仍然認(rèn)為，考慮到制造商們過去能夠滿足存儲需求的方式，他們將持續(xù)生產(chǎn)足夠的存儲空間以滿足未來的需求：通過改進現(xiàn)有的技術(shù)，或是引入新技術(shù)。

不可否認(rèn)的是，挑戰(zhàn)始終存在。供應(yīng)鏈依舊很容易受到成本上升、全球運輸問題以及材料和勞動力短缺的影響。許多意外事件都可以很容易地破壞該鏈路中的任何的交付點。此外，制造存儲設(shè)備及其支持系統(tǒng)的自然資源有可能會耗盡或變得非常昂貴，從而進一步地擾亂市場。

此外，有可能出現(xiàn)全新的數(shù)據(jù)使用場景，并導(dǎo)致更多數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，顛覆增長預(yù)測曲線的基礎(chǔ)，使得整個的世界存儲空間變得不足。還有一些存儲設(shè)備可能會達到其物理擴展的極限，這就意味著改進的空間已經(jīng)不存在了，只能寄希望于新技術(shù)來處理未來的工作負(fù)載。