Information Storage

이론적으로 정보는 적절하게 패턴화되어 있다면 어떤 형태의 고체 물질에도 저장될 수 있다.¹ 물질마다 특성, 장점, 단점이 달라서 특정 종류의 저장에는 어떤 물질이 더 적합하다.

장기 저장할 수 있는 정보 범주는 디지털과 아날로그 두 가지다. 디지털 정보 저장은 최소한 디지털 데이터를 인코딩하는 상태를 저장하기 위해 두 가지 유형의 대조되는 개체가 필요하다. 아날로그 저장은 다양한 규모로 구조화된 물질의 경계가 있는 연속체가 필요하다. 물질은 원자와 입자로 양자화되어 있으므로, 디지털 정보는 아날로그 정보보다 훨씬 높은 밀도로 저장할 수 있다. 주어진 저장 매체 기술 패러다임 내에서 지연 시간은 주어진 공간 부피에 저장된 데이터의 양과 강하게 결합되어 있다. 읽기/쓰기 하드웨어 자체는 정보를 저장하지 않기 때문이다. 따라서 데이터를 더 빨리 검색하거나 쓸수록, 예를 들어 병렬 하드웨어를 사용할수록 저장 매체에 할애할 수 있는 공간은 줄어든다. 그 결과 단위 부피당 전체 정보 저장 밀도가 낮아진다.

고밀도 저장 - 데이터 크리스탈

가장 밀도가 높은 저장 매체는 원자당 약 1비트의 정보 밀도를 달성할 수 있다. 예를 들어 데이터 다이아몬드는 탄소-12와 탄소-13 동위원소를 사용하여 0와 1 비트를 표현하며 이진 상태를 저장한다.

데이터 다이아몬드는 이중 동위원소 데이터 크리스탈(BDC) 저장 매체의 가장 정보 밀도가 높은 변종이다. 그러나 다이아몬드는 고가치 데이터를 보관하는 아카이브 저장 매체로는 단점이 있다. 산소 분위기에서 타며, 더 중요한 것은 전리 방사선에 의해 손상된다는 것이다. 적절한 저장 조건은 다이아몬드를 화재에서 보호할 수 있지만, 우주선은 차폐하기 어렵다. 내화성과 전리 방사선 저항성 때문에, 붕소 인화물과 탄화붕소가 중요한 아카이브 응용 분야에서 선호되는 BDC 매체이다. 단일 동위원소의 12개 붕소 원자로 만들어진 각 붕소 이십면체는 1비트를 저장한다.

입방정 질화붕소, 탄화규소, 강옥도 이중 동위원소 데이터 크리스탈로 일부 사용된다. 이들은 다이아몬드보다 안정성이 높다.

BDC의 읽기 속도는 각 원자의 정밀한 분자 분해 및 원자 질량 측정이 필요하기 때문에 상대적으로 느리다. 이 단점으로 인해 BDC는 주로 데이터 아카이브 응용 분야에 국한된다.

고밀도 저장 - 분자 테이프

선택적으로 불소화된 폴리에틸렌 분자 데이터 테이프는 원자 3개당 1비트의 저장 밀도를 가진다. 선택적으로 불소화된 폴리실록산 분자 테이프는 폴리에틸렌보다 열, 화학물질 및 UV 저항성이 우수하지만, 원자 10개당 1비트로 저장 밀도가 약간 낮다. 읽기/쓰기 속도는 BDC보다 훨씬 빠르므로 중간 지연 시간의 고밀도 저장 용도에 적합하다.

DNA는 테라젠 생명공학과 지구 템플릿에서 파생된 유기 생명체에서 가장 일반적인 저장 매체이다. 상대적으로 취약한 매체이지만, 적절한 조건에서 DNA는 수백만 년의 휴면 상태 후에도 휴면 미생물이 부활할 수 있을 만큼 충분히 온전하게 유지될 수 있다. 유기체나 생명공학은 각 세포에 게놈의 여러 복사본을 포함할 수 있으며, 돌연변이를 식별하고 복구하기 위해 코드를 비교하는 오류 수정 메커니즘을 사용한다. 이는 단기적으로 방사선 유발 돌연변이가 치명적 영향을 미치는 일을 상당히 막아 주며, 시간이 흐를수록 개체군의 진화율을 크게 낮춘다.

마그매터 분자 데이터 테이프의 유사체는 S3 이상의 초월지성(Transapient)가 생성하고 활용한다. 비트 대 질량 비율은 기존 물질 분자 테이프와 비슷하지만, 모든 마그매터와 마찬가지로 질량 대 부피 비율이 극도로 높아 초소형 저장이 가능하다. 마그매터의 극도로 높은 결합 에너지 때문에, 마그매터 데이터 테이프는 가장 에너지가 높은 조건을 제외한 모든 조건에서 생존할 수 있으며, 매우 빠른 읽기/쓰기 속도를 가지고 있다.

활성 저장

전리 방사선이 화학 결합을 끊는 것에 저항하는 바리온 고밀도 매체조차도 우주선 파쇄나 중성자 방사선이 일으키는 데이터 손상에는 취약하다. 이러한 형태의 방사선은 핵 변환(동위원소가 다른 동위원소로 변환되거나 한 원소가 다른 원소로 변환되는 것)을 유발한다. 이런 손상을 막기 위해 각 데이터 세트는 수많은 복사본으로 저장된다. 복사본들은 정기적으로 서로 비교되고 오류 수정 프로세스로 복구된다. 활성 저장은 우주론적 심원 시간까지 고밀도 데이터 무결성을 보존할 수 있다.

중밀도 저장

모세관 메모리는 수많은 나노 크기 튜브의 매트릭스 내부에 데이터를 저장하는 것을 기반으로 하는 체적 저장 매체의 범주이다. 데이터는 나노기계의 준 2D 매트릭스를 통해 모세관 메모리에서 읽거나 쓴다. 비트는 서로 다른 높이를 가진 나노 크기 실린더를 쌓아 모세관 안에 저장한다. 실린더는 탄화붕소나 질화붕소와 같은 불활성 물질로 구성된다. 이 구조는 비교적 낮은 지연 시간과 아카이브 안정성을 유지하면서 거의 고밀도에 가까운 데이터 저장을 가능하게 한다.

모세관 메모리는 방사선 손상으로 인해 고장 났을 때 나노기계를 간단하게 교체할 수 있도록 설계되었다.

모세관 메모리는 읽기/쓰기 가능 버전과 읽기 전용 버전이 있다. 읽기 전용 메모리에서는 실린더가 와이어나 체인으로 스택에 연결되거나, 연속적인 주름진 막대로 결합되어 비트의 삭제나 재정렬을 방지한다.

탄화붕소와 붕소 인화물 세라믹은 텅스텐 카바이드 나노입자와 결합되어 x 데이터 크리스탈을 형성한다. X-크리스탈은 텅스텐 카바이드 나노입자의 다양한 모양 및/또는 크기를 사용하여 비트를 저장한다. 데이터는 분자 제조를 통해 x-크리스탈에 기록되지만, x선 나노그래피 스캐닝을 통해 읽어낸다. 읽기 속도는 상대적으로 낮은 지연 시간을 가지며, 내구성 있는 읽기 전용 저장을 위한 선호 매체이다.

저밀도 저장

커런덤, 탄화규소, 용융 석영 및 기타 단단하고 안정적인 무기질 투명 재료가 광학 굴절 데이터 결정을 형성하는 데 사용된다. ORDC는 벌크 재료와 다른 굴절률을 가진 미세한 점을 사용하여 비트를 저장한다. 비트는 분자 제조 또는 펨토초 레이저 펄스에 의해 ORDC에 기록된다. 자외선 스캔 ORDC는 점이 가장 작아서 비트 밀도가 가장 높다.

아날로그 저장

대부분의 정보가 디지털 방식으로 저장되지만, 디지털 저장에는 아카이브로서 한 가지 약점이 있다: 즉시 읽을 수 없다는 것이다. 본질적으로 디지털 정보는 코드로 저장된다. 어떤 이유로 특정 디지털 데이터 세트를 읽기 위한 코덱이 손실되면, 읽을 수 없게 된다. 코덱이 없으면 책의 텍스트를 저장하는 비트는 사진, 노래, 오토팩(Autofac) 제조 템플릿 또는 기타 정보 범주를 저장하는 비트와 구별할 수 없다. 코덱 보존은 일반적으로 매우 높은 우선순위를 받지만, 수천 년 동안 사용된 코덱의 수가 많아 여러 원인으로 코덱이 손실된 사례가 있었다.

가장 밀도가 높은 아날로그 정보 저장 형태는 마이크로폼이다. X선 또는 근거리 현미경으로만 읽을 수 있는 마이크로폼도 존재하지만, 대부분의 마이크로폼은 표준 원거리 광학 현미경으로 읽는다. 광학 마이크로폼은 일반적으로 회절 한계인 1000배 배율로 제한된다. 1000배에서 2.5 x 10^11 단어의 텍스트 ²를 1,000 cm^3의 부피에 저장할 수 있다. 이미지(사진, 홀로그램, 기술 도면, 예술 작품, 영화)도 마찬가지로 축소할 수 있다. 음향 녹음은 파형의 시각적 표현으로 저장할 수 있다. 마이크로폼은 대부분 분자 제조로 만들어지지만, 흑백 형태는 기원전 1세기에 알려진 사진 기술을 사용하여 만들 수 있다 ³.

테크노칼립스(Technocalypse) 이전 시대의 가장 신뢰할 수 있는 정보는 마이크로폼 및 기타 읽기 전용 매체에서 악성 코드 전염병과 손상을 견뎌냈다. 이 때문에 마이크로폼 지식 캐시는 일반적으로 외향 항성간 우주선에 실린다. 지식 캐시는 백업으로 지질학적 시간 규모로 안정적인 위치에 매장된다.

밀도가 더 낮은 거시적 아날로그 저장 매체에는 다음이 포함된다: 코덱스, 인쇄된 사진, 그림, 포스터 및 데칼, 새겨진, 에칭된 또는 조각된 금속, 유리, 세라믹, 돌, 뼈 및 기타 재료; 모자이크; 스테인드글라스; 무늬가 있는 직물; 암각화; 슬랫 책; 두루마리; 그리고 무늬가 있는 피부 예: 문신 및 스카리피케이션.

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각주

<sup>[1] - 고밀도 매체의 이론적 최대 저장 용량:
데이터 다이아몬드: 1.75 x 10^23 비트/cm^3
탄화붕소 데이터 결정: 1.83 x 10^21 비트/cm^3
분자 테이프: 2.6 x 10^22 비트/cm^3
선형 DNA: 10^21 비트/cm^3

읽기/쓰기 메커니즘 및 기타 하드웨어가 고려되지 않았기 때문에, 실제 응용에서 달성되는 밀도는 항상 어느 정도 낮다.↩

[2] - 1,000 cm^3당 2.5 x 10^11 단어라는 수치는 여러 가정된 매개변수에 기반한다: 모든 단어는 2×2 마이크로미터 크기의 문자를 사용하여 인쇄되고, 모든 단어는 10자 길이이며, 단어나 텍스트 줄 사이에 공백이 없고, 마이크로폼은 0.1mm 두께의 시트에 인쇄되어 1,000 cm^3에 10 m^2의 시트를 저장할 수 있다. 2×2 마이크로미터에서는 상대적으로 복잡한 모양(일부 표의 문자 등)을 해상할 수 있다; 세부 사항은 약 0.2 마이크로미터 이상의 너비/높이에서 대략적으로 해상될 수 있다--가시광선의 회절 한계이다. 미세한 해상도를 위해 설계된 단순한 형태의 더 작은 문자는 위의 수치보다 단어 수 밀도를 향상시킬 수 있다. 2.5 x 10^11 단어는 페이지당 2,000 단어가 있는 1,000페이지 책 125,000권에 해당한다. ↩

[3] - 표준 마이크로폼 시트는 투명하고 단단하며 반강성인 불활성 재료 일반적으로 커런덤계 플레이틀릿-나노메일 변형 내부에 인쇄된 안정적인 안료 또는 광학 나노구조/마이크로구조로 구성된다. 마이크로폼 테이프는 유사하지만 유연하며 저장 스풀에 감겨 있다. ↩</sup>