'Nanostructuren zijn bruikbaar voor optische opslag dankzij deep learning'

Wetenschappers stellen voor deep learning in te zetten voor de foutcorrectie bij het uitlezen van optische opslag op basis van silicium nanostructuren. Deze methode maakt optische opslag met aanzienlijk hogere dichtheid mogelijk.

Onderzoekers werken al langer aan opvolgers voor dvd en blu-ray met hogere opslagdichtheid. Bij die bestaande optische media worden bits op een oppervlak opgeslagen met een omvang die verband houdt met de diffractielimiet. Dat is de afstand tussen twee naastgelegen punten die de laser kan onderscheiden.

Veel initiatieven om de opslagdichtheid te verhogen hebben nadelen, schrijven onderzoekers van de universiteit van Toulouse. Ze bieden niet veel verbetering ten opzichte van de bestaande optische opslagtechnieken of zijn complex wat betreft het opslagmedium of uitleessysteem.

Fotonische nanostructuren zijn veelbelovend, volgens de onderzoekers, als instrument om licht op nanoschaal te controleren. Ook die techniek heeft nadelen, erkennen ze, omdat ruis en kleine afwijkingen in de geometrie, zoals door defecten, tot fouten bij de optische detectie kunnen leiden. Bovendien maakt het gebruikte materiaal, vaak goud, de productie niet schaalbaar.

De onderzoekers stellen daarom voor silicium nanostructuren te gebruiken. Deze ondersteunen optische resonantie met weinig verlies en zijn tunable voor het gehele zichtbare spectrum. Daarnaast is de productie dankzij cmos-technologie beproefd en goedkoop.

De geometrie van de structuren betreft een layout van blokken en 'gaten' die achtereenvolgend de 1 en de 0 vertegenwoordigen. Zo gaat het bij twee blokken en twee 'gaten' om vier bits en zijn er ook varianten van twee, drie of vijf bits mogelijk. De structuur is afgebakend door een L-vormige wand en de blokken hebben een afmeting van 120x120nm met een hoogte van 90nm.

Met behulp van donkerveldmicroscopie is het spectrum in kaart te brengen van het licht dat de verschillende structuren verstrooid weerkaatsen. Om de bit-sequenties te verkrijgen die de structuren vertegenwoordigen, lieten de Franse wetenschappers een neuraal netwerk trainen op een dataset van verkregen spectra. Ze gebruikten een architectuur die geoptimaliseerd is voor het herkennen van patronen.

De resultaten waren 'quasi'-foutenvrij en het meten van enkele golflengtes in plaats van het gehele spectrum bleek al voldoende om de informatie uit te lezen. De techniek kan nog versimpeld worden door te focussen op het meten van rgb-waarden waarmee simultaan duizenden structuren op een groot oppervlak met een enkele meting uitgelezen kunnen worden, betogen de wetenschappers.

De onderzoekers melden niets over de snelheid van het uitlezen of schrijven en ook is niet duidelijk hoeveel rek er is om de opslagdichtheid verder op te rekken. Wel wijzen ze op het voordeel van het massaal parallel kunnen uitlezen en de mogelijkheid dat uitlezen met simpele en goedkope systemen kan, waarmee het onderzoek als een startpunt voor een nieuwe opslagtechniek te zien zou zijn.

Ze publiceerden hun onderzoek in een artikel met de naam Pushing the limits of optical information storage using deep learning in Nature Nanotechnology. Het gehele artikel is alleen tegen betaling verkrijgbaar maar een eerdere publicatie is wel vrijelijk in te zien.

Reacties (26)

[ro8in]

Is er uberhaupt nog behoefte aan optische opslagmedia dan?

[Trithereon]

Jazeker, want streaming kwaliteit is nog steeds ruk ook al is het full hd.
Als je dezelfde film kijkt op blueray ziet het er beter uit en wordt geluid ook nog een beter afgespeeld.

Dus ja, zeker dat er nog behoefde aan is.

[crikke007]

dat er een behoefte is zal ik niet bestrijden. Maar of de behoefte om te cateren naar die paar cinefielen genoeg is om het ook rendabel te maken is een ander verhaal.

[Erasmo]

Dat ligt niet aan het medium maar aan de compressie. Als je het zelfde bestand als op de bluray streamt vanaf je nas zie je geen verschil.

[MrFax]

Alleen kan je dan 60GB gaan downloaden/streamen, en dat wordt steeds meer.

[Reactie gewijzigd door MrFax op 23 juli 2024 00:17]

[Nieuwevolger]

De markt voor fysieke games is op het momen ook nog steeds erg groot (wordt wel elk jaar minder).

[ultimasnake]

Maar moet dat perse optisch? De switch laat zien dat het prima kan met een solid state geheugen (dan wel niet met wat productie issues omdat nintendo het in eigen hand houdt volgens mij)

[Nieuwevolger]

Volgens mij proberen publishers al de 32gb cartridges te vermijden omdat die te duur zijn. Terwijl de blu rays van de xbox/ps4 tot 50gb gaan en waarschijnlijk hebben games voor de ps5 nog meer dan die 50gb nodig. Dit kan met 4k blu rays, die tot 100/128gb gaan.

[MrMonkE]

Ik heb een spel gehad op de Xbox 360 die 2 DVD's was.
Een spel op meerdere gegevensdragers leveren is dus ook een optie.

[Reactie gewijzigd door MrMonkE op 23 juli 2024 00:17]

[Zoop]

Ik had UT2003 in 1 doos op zowel een dvd als 4 cd's staan (voor het geval je geen dvd-speler had ofzo).
Schijfjes zelf kosten vrijwel geen ruk, het is de verpakking en alles eromheen waar het geld in gaat zitten. Een install disk en een losse play disk lijkt mij echt zo raar niet.

Vind het veel vreemder als ik net een splinternieuw spel in mijn console stop en hij moet eerst tientallen GBs binnensleuren voordat het uberhaupt kan werken, slaat nergens op (sowieso dat elke patch/update minstens een 1GB is, slaat ook nergens op).
Maar dat heeft meer te maken dat ze games on-af opleveren dan met de kosten van schijfjes, lijkt me.

Hoe dan ook, lijkt me met meerdere schijfjes werken echt geen probleem.

[g0tanks]

Houd er rekening mee dat het gaat om relatief fundamenteel onderzoek. Dat hoeft niet per se gekoppeld te zijn aan commerciële vraag. De inzichten die hieruit volgen kunnen zeer waardevol zijn voor andere toepassingen (in de nanofotonica).

[renslmf23]

Ik vraag me af waarom ze nog steeds optische opslag willen gebruiken. Cd's, dvd's en blueray disks zijn heel gevoelig voor vuil en krassen. Een usb-stickje (of welke andere vorm van flash geheugen dan ook) heeft een veel hogere datadichtheid en is makkelijker uit te lezen, minder gevoelig, sneller etc.

[Verwijderd]

Flash is vrijwel ongeschikt als medium om dingen op te verkopen omdat het gewoon veel te duur is. Een dual layer DVD kost je 12 cent als je er 5000 laat maken. Hetzelfde op Flash kost je 50 keer zoveel.

[Lohi]

In een wereld waar alles online gebeurt is er toch niet echt meer behoefte aan zaken zoals dvd's?

[Vulcanic]

In zo'n wereld inderdaad minder. In de huidige wereld echter nog wel, met veel buitengebieden met lage snelheden, landen zonder betrouwbare vaste lijnen en draadloze verbindingen met datalimieten.

[Geekomatic]

Die gebieden krijgen dus een lagere beeld kwaliteit met een lagere data rate..
Maar nog steeds onine....

[Reactie gewijzigd door Geekomatic op 23 juli 2024 00:17]

[tilburgs82]

In een wereld waar een download versie 10 tot 20 euro duurder Is, dan dezelfde versie op blu-ray, is er zeker behoefte aan blu-ray.
Neem Kingdom hearts 3 ps4. Te verkrijgen vanaf 48 euro en bij de grotere winkels voor zo'n 57 euro.
In de PlayStation store 69 euro. Voor dat prijsverschil ga ik toch echt even naar de winkel of bestel online.
En daarbij kan je die blu-ray weer verkopen. De download niet.

[Mellow Jack]

Iets fysiek verkopen is nog steeds te duur. De kosten zitten allang niet meer in de productie

[bantoo]

Omdat het nog steeds zeer veel goedkoper per gigabyte. Ik heb zelf ook al een decennia geen optische media meer gebruikt maar er zijn zat niche toepassingen waar de prijs per GB die optische media traditioneel heeft gehad de moeite waard is.

[Nieuwevolger]

Iemand die weet waarom de holographic versatille disc nooit wat is geworden, het zou terabytes aan data kunnen opslaan, maar er is nooit wat concreets uitgekomen.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Holographic_Versatile_Disc

[Zodiac]

Waarschijnlijk doorvoersnelheid - optische media zijn ongeschikt voor dit soort groottes.

[Dark_man]

Prijs natuurlijk, gaat altijd om de kosten.

[Yamotek]

Dus als ik het goed begrijp hebben ze 'deep learning' gebruikt om de 'fysieke bits' van het substraat te kunnen uitlezen door te leren wat een '0' is en wat een '1' is op basis van de frequentie van het licht van de reflectie (dus pattern recognition)?

Of is de deep learning ook gebruikt bij het opslaan van de bits op het substraat waardoor er andere vormen mogelijk zijn met nullen en enen?

Jammer dat ze nog geen uitspraken hebben gedaan over de snelheid van het uitlezen van de data en wat de snelheid voor het wegschrijven van dit soort data zou zijn omdat dit juist het meest interessante is van deze techniek (waarschijnlijk is het nu nog te laag en niet interessant om te vermelden).

[Mellow Jack]

Ik vat het op als twijfel achtige lees acties corrigeren zodat het stukje niet nog een keer gelezen hoeft te worden.

Zonder extra info lijkt het alsof ze iets hebben gevonden om iets slechts minder slecht te maken

[ajolla]

Als je toch Engels gebruikt zou ik 'gates' schrijven, niet 'gaten'. Of anders 'poorten'.

[tijs14tijs]

Mooi resultaat! Silicum nanostructuren hebben zeker potentie

Notitie voor het 'deep learning' deel:
De onderzoekers willen hier demonstreren dat de nanostructuren uit te lezen zijn, en ze gebruiken daarbij een eenvoudig neuraal netwerk. Dat wil niet meteen zeggen dat dit enige of de beste manier is. Sterker nog, in de praktijk gaan ze dit nooit zo doen. Een goede theoretische benadering van de lichtrefractie modeleren kost veel meer tijd, vandaar dat ze voor nu een zelflerend systeem hebben gebruikt.

De titel suggereert dat zonder 'deep learning' deze nanostructuren niet uit te lezen zijn, echter klopt dat naar alle waarschijnlijkheid niet.