가정용 유리에도 데이터 기록 가능해졌다

마이크로소프트 연구기관인 마이크로소프트 리서치(Microsoft Research)가 펨토초 레이저를 사용해 유리 내부에 데이터를 기록하는 프로젝트 실리카(Project Silica)에서 가정용 주방용품으로도 쓰이는 붕규산 유리를 이용해 장기간 데이터를 보존할 수 있는 기술을 개발했다고 발표했다. 연구 결과는 학술지 네이처(Nature)에 게재됐으며 마이크로소프트 리서치는 지금까지 연구 단계였던 프로젝트 실리카가 실용화를 향해 큰 진전을 이루게 될 것이라고 밝혔다.

자기 테이프나 HDD 같은 기존 아카이브 수단은 저장 매체 수명이 제한적이어서 수년에서 길어야 수십 년 단위로 열화되기 때문에 장기 데이터 보관에는 적합하지 않다. 이로 인해 데이터를 정기적으로 새로운 매체로 옮기는 이전 작업이 필요하게 되며 시간과 기재 뿐 아니라 에너지 측면에서도 부담이 커진다.

이에 마이크로소프트 리서치는 유리 내부에 나노스케일의 데이터 기록층을 만들어 수백 년 이상 데이터 보존이 가능한 아카이브 매체를 연구하는 프로젝트 실리카를 추진하고 있다.

지금까지 프로젝트 실리카에 사용되던 건 고품질 석영 유리였다. 석영 유리는 높은 광투과성과 내열성을 갖고 있어 광섬유와 고도의 광학기기에 쓰이는 소재다. 다만 석영 유리는 제조가 어렵고 입수처도 제한적이며 제조 비용이 매우 높다는 게 문제였다.

이번에 마이크로소프트 리서치가 발표한 연구는 주방 조리기구나 오븐 문에도 사용되는 것처럼 붕규산 유리에서의 데이터 보존을 입증한 게 핵심이다. 붕규산 유리는 저렴하고 구하기 쉽다는 점에서 스토리지 비용과 매체 확보라는 실용화 과정 내 큰 과제가 해결됐다고 마이크로소프트 리서치는 밝혔다.

나아가 이번 연구에서는 위상 복셀(phase voxels)이라는 새로운 데이터 기록 방식이 개발됐다. 기존 방식은 펄스 여러 개가 필요했지만 이 새로운 방식은 단 1회 레이저 펄스만으로 데이터를 기록할 수 있어 기록 프로세스 복잡성과 비용이 대폭 절감된다. 더구나 기록된 데이터를 읽기 위한 장치도 단순화되어 기존에는 3대에서 4대가 필요했던 카메라가 1대만으로 충분하게 됐으며 리더 소형화와 저비용화가 실현됐다.

기록 속도 향상에 대해서도 열 시뮬레이션에 기반한 멀티빔 배송 시스템을 개발해 빔 여러 개로 병렬 기록이 가능해졌고 처리량이 비약적으로 향상됐다. 실제로 빔 4개를 사용한 병렬 기록에서는 65.9Mbit/sec 기록 속도가 실증됐으며 매체에 열 손상을 주지 않으면서도 고속화가 가능하다는 걸 보여줬다.

이번 연구에서는 120mm 정방형에 두께 2mm인 합성 석영 유리 플레이트 1장당 4.8TB, 붕규산 유리도 2.02TB라는 실용적인 용량을 달성했다. 기록 밀도는 합성 석영에서 1.59Gbit/mm³에 달하고 있으며 300층 이상 다층 기록을 실현하고 있다. 기존 자기 테이프나 HDD 수명이 수십 년 정도인 걸 감안하면 정기적인 데이터 이전에 막대한 비용과 에너지를 요하는 현 상황을 타개하는 획기적인 수치라고 마이크로소프트 리서치는 밝혔다.

내구성에 대해서는 아레니우스 식(Arrhenius equation)에 기반한 가속 열화 시험이 실시됐다. 그 결과 붕규산 유리에 위상 복셀 방식으로 기록된 데이터는 290℃라는 고온 조건에서도 1만 년 이상 지속될 수 있음이 시사됐다. 다시 말해 실온이라면 더 장기간 보존이 기대된다.

마이크로소프트 리서치는 프로젝트 실리카 현황과 향후에 대해 연구 단계는 현재 완료됐으며 디지털 정보에 대한 지속 가능하고 장기적인 보존에 대한 지속적인 필요성을 탐색하는 과정에서 프로젝트 실리카로부터의 학습을 계속 검토하고 있다며 이 논문을 공개된 저작물에 더해 다른 이들이 이를 바탕으로 발전시킬 수 있도록 했다고 밝혔다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.