【导语】生成式人工智能迅猛发展，全球数据呈爆发式增长，其中近80%为需长期保存的冷数据，传统存储方式面临寿命、容量和功耗等挑战。在此背景下，玻璃存储凭借飞秒激光雕刻微纳结构实现超高密度、超长寿命存储的优势崭露头角，正从实验室走向小规模落地，虽面临成本、读写速率等瓶颈，但未来有望成为下一代冷数据归档的理想方案，改变数字记忆存储守护方式。

随着生成式人工智能的迅猛发展和万物互联时代的到来，全球数据正以前所未有的速度爆发式增长，国际数据公司（IDC）预测，2025年全球数据总量将突破180ZB，相当于把人类历史上所有印刷书籍的数据量放大1000 倍。根据权威机构预测^[1]，全球每年产生的数据中接近80%为冷数据，虽然平时几乎不访问，但却(què)需(xū)要(yào)长(zhǎng)期(qī)安(ān)全稳(wěn)定(dìng)保(bǎo)存(cún)，例(lì)如(rú)科(kē)研(yán)数(shù)据(jù)、法(fǎ)律(lǜ)文件(jiàn)、医(yī)疗(liáo)记(jì)录(lù)、历(lì)史(shǐ)资(zī)料(liào)、天(tiān)文观(guān)测(cè)数(shù)据(jù)、气(qì)候(hou)变(biàn)化(huà)、影(yǐng)像(xiàng)资(zī)料(liào)等(děng)。在(zài)AI+时(shí)代(dài)，冷(lěng)数(shù)据(jù)的(de)价(jià)值得到前所未有的重视，为满足稳定存储和成本控制的需求，各大企业纷纷开始关注冷数据存储技术，磁带在冷数据存储领域具有复兴趋势。但随着数据总量的爆发增长磁带、硬盘等存储方式逐渐显现出在寿命、容量和功耗方面的力不从心，如何让这些数据安全稳定保存，成为信息社会的重要课题。在众多新技术中，一种看似低调却前景广阔的方案正崭露头角——玻璃存储。它利用飞秒激光在石英玻璃内部刻写微纳结构，实现超高密度、超长寿命的数据保存，被业界誉为“写一次、保存万年”的冷数据归档新路径。

图1 玻璃存储示意图

1、冷数据的存储焦虑

根据国家数据局发布的《全国数据资源调查报告（2024年）》：2024年全国年度数据生产总量已达41.06ZB，同比增加25%，人均年度数据生产量约31.31TB。真正被有效存储的数据仅占总数据生产量的5.09%，而其中接近80%为冷数据，并且一年内访问次数为零的数据占比高达38%。这些冷数据既是人类文明的记录，也是信息化时代的宝贵资源，对于国家的竞争力和安全具有重要支撑保障作用。

传统的冷数据存储方式有闪存（flash、SSD等）、机械硬盘以及光盘等，但在长期存储能力和成本控制等方面正面临多重挑战。一是现有商用闪存和机械硬盘使用寿命只有5年左右，需要定期更换，频繁的数据迁移不仅显著增加冷数据长期保存的总体成本，也带来数据丢失和安全隐患。二是传统蓝光光盘仍采用二维存储(chǔ)方(fāng)式(shì)，单(dān)片(piàn)容(róng)量(liàng)难(nán)以(yǐ)突(tū)破(pò)TB级(jí)，在(zài)面(miàn)对(duì)动(dòng)辄(zhé)PB乃(nǎi)至EB级别的冷数据时，势必导致机房空间占用和维护成本大幅增加。三是存储能耗正成为制约大数据可持续发展的主要瓶颈。国际能源署预测，到2030年全球数据中心电力需求将增加一倍以上，相当于全球总用电量的近3%，除了算力的功耗外，存储的功耗也是各大企业必须重点考虑的重要因素之一。

2、玻璃存储揭秘：用光刻下万年的记忆

玻璃存储的核心技术原理是利用飞秒激光在石英玻璃内部进行雕刻，形成叫做体素的微纳结构单元。体素可视为三维空间中的像素，不仅具有明确的空间坐标（X, Y, Z），还能通过激光调控其内部结构的方向性和光学特性，从而在同一个体素中承载多个比特的信息。

图2 基于飞秒激光的多维光存储

写(xiě)入(rù)过(guò)程(chéng)中，飞秒激光以极短的脉冲宽度（约10⁻¹⁵秒）聚焦于玻璃内部，在不破坏材料整体结构的前提下，诱导出局部永久性的纳米级变化。这些体素在玻璃块中可被精确排(pái)列(liè)为(wèi)不(bù)同(tóng)层(céng)级(jí)和(hé)角(jiǎo)度(dù)，实(shí)现(xiàn)极(jí)高(gāo)密(mì)度(dù)的(de)信(xìn)息(xi)存(cún)储(chǔ)。单(dān)个(gè)体(tǐ)素(sù)可(kě)携(xié)带(dài)约(yuē)3 bit 信(xìn)息(xi)，整(zhěng)体(tǐ)理(lǐ)论(lùn)容(róng)量(liàng)可(kě)达(dá)百(bǎi)TB 级(jí)/英(yīng)寸(cùn)³，远(yuǎn)超(chāo)蓝(lán)光(guāng)盘(pán)、磁(cí)带(dài)等(děng)传(chuán)统(tǒng)冷(lěng)存(cún)储(chǔ)介(jiè)质(zhì)。

更重要的是，玻璃本身极其稳定，对高温、水浸、电磁脉冲等极端环境具有天然防护能力，实现万年以上寿命几乎没有衰减，是面向未来海量冷数据归档的理想介质。凭借写一次、永久保存的特性，玻璃存储被视作未来数字资产安全与绿色管理的重要基础设施。

3、国内外进展：从概念到样机的加速跑

玻璃存储正从实验室走向小规模落地。微软在2023年发布了Project Silica云归档存储原型，用石英玻璃构建高可靠、可持续的长期存储平台，当前样机已实现TB级写入，读取端借助偏振显微镜和机器学习解码数据；德国Cerabyte公布了玻璃存储的商业化路线图，首个Demo样机单柜容量1PB、读写带宽100MB/s，预计2025年推出本地部署升级版，2026–2027年进入云存储场景，目标2030年达到60–100PB/柜、带宽超2GB/s。

国内在玻璃存储领域也取得突破性进展：通过独立技术路径，在2mm厚的石英玻璃盘中完成了400层、总容量4TB的样片刻写实验，原始误码率低于1%，理论支持扩展至1000层、单片容量上限可达360TB，配套的数据读取和写入设备均具备兆字节每秒量级的原始速率，支持多种高速接口，适合实际应用场景。可以看到，无论国内外，玻璃存储正加速从概念验证迈向产品化。

4、挑战与未来趋势

当前玻璃存储瓶颈主要体现在三方面：一是飞秒激光器、纳米级三维定位平台等关键设备价格高，占整机成本近六成，总拥有成本在可预见时期仍高于磁带；二是现阶段写入速率偏低，尚无法与主流磁带比肩，难以支撑海量数据的高效注入；三是现阶段数据读取时间仍然较长，例如微软Project Silica在评估中设定的服务等级目标（SLO）为约15小时内完成归档数据的读取，这种长时延是未来需要突破的关键难点之一。

不过，随着关键设备的小型化和成本下降、读写入速率的提升，玻璃存储未来有望在金融、医疗、科研、通信等对数据合规与可追溯性要求高的行业得到应用，未来有望拓展至更多行业，实现写一次、保存万年的愿景。它不仅是一条新的技术路径，也有望成为未来数字社会在安全、长久的数据保存方面的重要选择。

5、结语

随着全球冷数据规模持续迈向百泽字级别，玻璃存储以其超长寿命、超高密度、超低能耗的独特优势，正逐步成为下一代冷数据归档的理想方案。在开放与安全、效率与成本之间找到平衡，抓住深冷数据应用的先发机会，有望推动这一技术从实验室走向社会，真正改变我们存储和守护数字记忆的方式。

作者：罗文睿、刘文涛

单位：中国移动研究院