Si les centres de données ne cessent d’éclore dans le monde, la densité de stockage et la vitesse de lecture ne progressent plus aussi vite que les besoins. C’est pourquoi les équipes de scientifiques de Microsoft Research, le grand laboratoire du géant américain, ont bien avancé sur une nouvelle manière d’enregistrer et lire les données : le stockage holographique, appelé Project HSD (Holographic Storage Device).
À la base du principe, il y a un support de stockage sous la forme d’un cristal, un peu comme dans les films de science-fiction. Ce genre de rectangle de « verre » est en fait un cristal de niobate de lithium. Ce matériau est bien connu des scientifiques, mais aussi de l’industrie, qui l’utilise dans de nombreuses applications opto-électroniques ou photoniques. Il faut dire que ses propriétés sont nombreuses : il est piézoélectrique, photoélastique, pyroélectrique, ferroélectrique et profite de l’effet électro-optique !
Pour écrire sur une fine couche de la structure cristalline du support, il faut utiliser deux lasers parfaitement synchronisés. Le premier envoie les données qui ont été codées sous la forme d’un genre de QR code – une image en deux dimensions. Cette image est combinée à l’information du second laser qui consiste en un motif de référence.
Quand les rayons des deux lasers – les données et le motif de référence – se croisent dans le cristal, un « motif d’interférence » est créé et « fixe » la donnée sur le cristal. En faisant osciller de minuscules miroirs MEMS de concert sur les deux lasers, le système déplace les rayons qui fixent les données. Qui prennent ainsi la forme d’une série de motifs organisés dans un volume de l’espace du cristal – d’où le nom d’hologramme.
Du point de vue atomique, le principe de fonctionnement provient d’une propriété du support sélectionné par Microsoft. Le niobate de lithium, très pur, a été « dopé » par des atomes de fer « incrustés » dans le réseau cristallin. Or, dans les régions du cristal où les rayonnements sont les plus intenses, le cristal absorbe la lumière et excite les électrons des atomes de fer. Des électrons libérés qui migrent vers une couche du cristal où ils demeurent. C’est cette variation spatiale de la distribution des électrons qui code les données qui peuvent être lues.
Pour lire ces données justement, il faut à nouveau utiliser un seul laser cette fois ainsi qu’une caméra ultra rapide. Le laser va projeter le motif de référence et, en diffractant la lumière, séparer les données de ce motif. Et les miroirs vont, comme pour l’écriture, déplacer dans l’espace la « tête de lecture » laser.
En bout de course, une caméra lit les informations du QR code 2D pour les transformer, à nouveau, en 1 et 0. Et si les données ne sont plus utiles, on peut les effacer en le soumettant le cristal à un fort rayonnement UV qui « réinitialise » l’état des électrons.
Avec ce système de doubles lasers à miroirs MEMS pilotables synchronisés à la nanoseconde, doublé d’une caméra dotée d’un capteur ultra rapide et d’un support de stockage sensible aux rayons du soleil (UV), le Project HSD de Microsoft ne s’adresse, pour l’heure, qu’aux centres de données. Et encore, uniquement si le projet avance suffisamment pour sortir du domaine de la recherche fondamentale et passe dans le monde industriel.
Mais une chose semble certaine : du transit (fibre optique) au stockage des données (courte/moyenne durée ou longue durée comme le projet Silica de Microsoft), on sent bien une accélération des technologies photoniques dans la manipulation des données.
En espérant voir, un jour peut-être, un robot façon R2D2 projeter un hologramme vidéo 16K qui nous invite à secourir la galaxie…
Source : Microsoft Research
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