大容量液态硬盘技术前瞻

液态硬盘存储原理—数据魔方？

这套全新的液态存储系统的技术基础，来自密歇根大学和纽约大学的共同研究，他们共同开发出了一种纳米颗粒存储介质，暂时称其为“胶体簇”，胶体簇以粒子状态悬浮在基液当中。不剖析内部结构，只从外表来看就是一种带有数据存储能力的液体。

传统硬盘存储数据，是通过磁头改变盘片相应位置的“南、北”磁极，以分别对应数据的“0、1”状态。而胶体簇的存储方式则和此完全不同，它并不是只有0、1两种状态的二进制存储结构，它的存储结构看起来更像是魔方。在技术演示和讲解中，这个胶体簇通常由一个中心“球体”外围环绕4个数据颗粒构成。中心球体是控制结构，而外围4个颗粒的不同组合形态代表存储的不同数据。当中心球体较小时(稳定态)，外围颗粒处于稳定状态，结构排列固定，属于数据存储妥当的状态；当中心球体变大时(激活态)，颗粒处于激活状态，可以通过特定控制重新决定结构排列，代表存储不同的信息。研究团队已经利用聚合物材料制作出了这种含有1个中心球、4个数据颗粒的纳米胶体簇颗粒。中心球的变化由温度来控制，当基液被加热时，中心球膨胀，颗粒完成指定方位的重新排列。

液态硬盘研究员，博士后卡罗莱·菲利普斯（Carolyn Phillips）：你可以将胶体簇比作魔方，并完全可以用描述魔方的数学原理来展示胶体簇的每一种排列方式。

就现在的制造水平来说，带有4个存储颗粒的纳米胶体簇，已经能完成2种不同的组合方式。就数据状态来说能类比当前的0、1二进位机制，也即是说这种结构已经能融入现有的存储系统当中。

多大容量？—一汤匙能存1TB！

纳米材料制成的胶体簇颗粒就体积来说并不大，仅5μm。但相比磁盘上的一个数据点或者SSD中的一个半导体存储结构来说，它的体积并不算优势。那么这种新技术如何完成提高存储容量，拔高存储密度的任务？诀窍就在中心球外围的存储颗粒数量上。

当前展示的4颗粒胶体簇只是技术原型，也是受制作工艺限制的产物。实际上在研究人员的设计中，每个胶体簇的中心颗粒外围能搭配的存储颗粒并非只有4个，而是12个甚至更多存储粒子，类似魔方式的多面体排列，这样就能大幅度增加每个胶体簇的存储容量，终大幅提升液态硬盘单位体积的总容量。具体提升能有多大？就以每个中心球外围具备12个存储颗粒来举例，12个颗粒根据不同排列组合方式多能构成近800万种稳定性状态。若将这些状态数据化排序，大概等效当前二进制状态下的2.86Byte(字节)数据。这同比半导体一个存储单位只能存储1byte(位)数据来说，获得了大幅度提高，存储密度大约能做到当前存储产品的30倍。根据研究员们曾在实验室中做过的测试显示，只需要14.8毫升存储基液(大约就是我们常见的一汤勺容量)，就能存储1TB数据。此时基液中的胶体簇含量仅3%，胶体簇结构是每中心颗粒搭配12颗存储颗粒。倘若用普通硬盘，你至少需要智能手机大小的空间才能完成这个任务。更重要的是，研究人员表示，随着技术演进以及工艺水平的提高，基液中的胶体簇密度还能进一步提高，单个胶体簇的大小也还能进一步减小，以达到进一步提高整体存储密度的目的。就当前HDD和SSD的容量水平来说，液态硬盘能在同存储体积下，轻松达到近100倍的容量提升。

液态硬盘应用前瞻

液态硬盘的出现让计算机业界的不少研究者兴奋，这不仅仅因为它能大幅度提高存储容量，更重要的是，液态硬盘具备改变整个存储-计算结构的潜力。比如说它能打破计算机语言只能以字母和简单符号为基础的限制，让中文等比英文构成更复杂的自然语言成为基础机器语言。在此之前，因为ASCⅡ编码的限制，满足只有26个基础字母的英文输入相对容易，但难以照顾到基础文字过多的语言，所以计算机的底层语言是英语。若搭配上足够数量的存储颗粒后，每个胶体簇都能获得足够高的存储空间，理论上只要处理器能有与之匹配的处理能力，直接使用多文字的复杂语言作为底层语言也将能实现。

当前展示的胶体簇示意模型，为简单的1中心颗粒+4外围存储颗粒的结构。左右为两种不同的组合方式，中间为默认的未激发态。

当然，这只是基于现有技术的猜想，实际上当前计算体系想要全面颠覆并非这么简单。而在当前体系下，液态硬盘的意义依旧非凡。目前能够想到的，且进入研究部署阶段的创新就已经足够让人惊叹，比如说生物辅助技术。相对于硅晶体等硬质芯片，液态更容易植入到生物体中，甚至植入人的大脑。基于此的生物传感技术已经在开始研究，液态传感系统更容易完成动物体内的状态监测和数据分析，例如监控血糖指数、湿度、温度测定等辅助检测身体健康的事情。当然，初这类传感器技术可能会用于软体机器人的监控或者动物手术。另外，液体形态也更便于将大量数据存储进软体机器人的各个部位，比如拥有超大信息容量的人造大脑，帮助机器人实现脑内迅速搜索大量数据，让它们变得更加聪明；或者制造复杂关节传感、控制系统，让机器关节运动更灵活等等。而将来，这项技术甚至可以植入人体大脑，帮助人们实现辅助记忆以及快速的脑内知识存储和搜索。

往近点说，由于液体的便利性，液态存储技术很快将会用于检测水中的污染物，或是加入到液态原料中作为识别标志，用来追踪燃油、易爆物以及用于制造非法药品的化学物质等等管制液体。