Microsoft e Warner Bros. hanno collaborato per archiviare e recuperare con successo l'intero film iconico di "Superman" del 1978 su un pezzo di vetro delle dimensioni di un sottobicchiere, 75 x 75 x 2 millimetri di spessore.

È stata la prima prova di concept test per Project Silica, un progetto di Microsoft Research che utilizza le recenti scoperte nell'ottica laser ultraveloce e nell'intelligenza artificiale per archiviare i dati nel vetro di quarzo. Un laser codifica i dati nel vetro creando strati di reticoli tridimensionali su nanoscala e deformazioni a varie profondità e angoli. Gli algoritmi di apprendimento automatico leggono i dati decodificando immagini e schemi che vengono creati quando la luce polarizzata brilla attraverso il vetro.

Il duro vetro di silice può resistere all'ebollizione in acqua calda, al forno, al microonde, allagato, perlustrato, smagnetizzate e altre minacce ambientali che possono distruggere inestimabili archivi storici o tesori culturali se le cose vanno male.

Rappresenta un investimento da parte di Microsoft Azure per sviluppare tecnologie di archiviazione costruite appositamente per modelli di cloud computing, piuttosto che fare affidamento su supporti di memorizzazione progettati per funzionare in computer o altri scenari. È solo uno dei tanti modi in cui Azure si affida all'esperienza di ricerca di Microsoft per risolvere sfide sia a breve che a lungo termine, dai test dei data center subacquei di Project Natick alla potenza di elaborazione FPGA di Project Brainwave e alla ricerca emergente Optics for the Cloud.

"Conservare l'intero film di 'Superman' in un vetro ed essere in grado di leggerlo con successo è una pietra miliare importante, " ha detto Mark Russinovich, Chief Technology Officer di Azure. "Non sto dicendo che a tutte le domande sia stata data una risposta completa, ma sembra che ora siamo in una fase in cui stiamo lavorando sul perfezionamento e sulla sperimentazione, piuttosto porre la domanda 'possiamo farlo?'"

Warner Bros., che si è avvicinata a Microsoft dopo aver appreso della ricerca, è sempre alla ricerca di nuove tecnologie per salvaguardare il suo vasto patrimonio:tesori storici come "Casablanca, "Programmi radiofonici degli anni '40, cortometraggi animati, film cinematografici girati in digitale, sitcom televisive, quotidiani dai set cinematografici. Per anni, avevano cercato una tecnologia di archiviazione che potesse durare centinaia di anni, sopportare inondazioni o brillamenti solari e che non necessita di essere mantenuto ad una certa temperatura o necessita di un costante rinfresco.

"Quello era sempre stato il nostro faro di speranza per quello che credevamo sarebbe stato possibile un giorno, quindi quando abbiamo appreso che Microsoft aveva sviluppato questa tecnologia basata sul vetro, volevamo dimostrarlo, ", ha affermato Vicky Colf, Chief Technology Officer della Warner Bros.

Ridurre i costi di archiviazione a lungo termine

La maggior parte delle persone pensa al "cloud" come a un modo per archiviare qualsiasi cosa, da migliaia di foto di famiglia a milioni di e-mail, senza occupare spazio sul telefono o sul computer. Ma tutte queste informazioni vengono archiviate fisicamente su hardware in una posizione remota, permettendoti di accedervi da più dispositivi.

La quantità di dati che l'umanità sta cercando di archiviare, dalle cartelle cliniche ai divertenti video di gatti alle immagini scattate da veicoli spaziali, sta esplodendo mentre la capacità delle tecnologie di archiviazione esistenti si sta appiattendo.

I costi di archiviazione a lungo termine sono aumentati dalla necessità di trasferire ripetutamente i dati su supporti più recenti prima che le informazioni vadano perse. I dischi rigidi possono usurarsi dopo tre-cinque anni. Il nastro magnetico può durare solo dalle cinque alle sette. I formati di file diventano obsoleti, e gli aggiornamenti sono costosi. Nei propri archivi digitali, ad esempio, Warner Bros. migra in modo proattivo i contenuti ogni tre anni per stare al passo con i problemi di degrado.

Lo storage in vetro ha il potenziale per diventare un'opzione a basso costo perché si scrivono i dati sul vetro solo una volta. I laser a femtosecondi, quelli che emettono impulsi ottici ultracorti e che sono comunemente usati nella chirurgia LASIK, cambiano in modo permanente la struttura del vetro, così i dati possono essere conservati per secoli.

Il vetro al quarzo, inoltre, non ha bisogno di condizionatori ad alta intensità energetica per mantenere il materiale a una temperatura costante o di sistemi che rimuovono l'umidità dall'aria, entrambi i quali potrebbero ridurre l'impatto ambientale dell'archiviazione di dati su larga scala.

"Non stiamo cercando di costruire cose che metti in casa o da cui riproduci film. Stiamo costruendo uno storage che operi su scala cloud, " disse Ant Rowstron, partner vice direttore del laboratorio di Microsoft Research Cambridge nel Regno Unito, che ha collaborato con l'Università di Southampton per sviluppare Project Silica.

"Una cosa importante che volevamo eliminare è questo costoso ciclo di spostamento e riscrittura dei dati alla generazione successiva. Vogliamo davvero qualcosa che puoi mettere sullo scaffale per 50 o 100 o 1, 000 anni e dimentica finché non ne avrai bisogno, " ha detto Rowstron.

Project Silica mira a memorizzare i cosiddetti dati "freddi", dati di archivio che possono avere un valore enorme o che le aziende devono mantenere, ma non è necessario accedervi frequentemente. Ciò potrebbe includere dati medici che devono essere conservati per l'intera vita di un paziente, dati sulla regolamentazione finanziaria, contratti legali, informazioni geologiche relative all'esplorazione energetica e ai piani edilizi a cui le città devono aggrapparsi.

Warner Bros. era fortemente interessata ad aiutare Microsoft a testare soluzioni che potessero alleviare i costi e le inefficienze associate all'archiviazione dei dati in questi lunghi orizzonti temporali, disse Colf.

"Con la più grande libreria di contenuti nel settore dei media e dell'intrattenimento sotto molti punti di vista, le nostre sfide sono uniche nella loro scala, ma non sono certamente unici in termini di problema che stiamo cercando di risolvere, " lei disse.

Trasformare i dati digitali in artefatti fisici

Con una storia di quasi 100 anni nel cinema e in televisione, Warner Bros. possiede una delle biblioteche di intrattenimento più profonde e significative del mondo. Ripubblicare film più vecchi in nuovi formati o per un nuovo pubblico è una parte importante del business. È anche un'enorme responsabilità culturale preservare per sempre alcune delle storie più amate al mondo, disse Colf.

"Immagina se un titolo come 'Il mago di Oz' o uno spettacolo come 'Friends' non fosse disponibile per generazione dopo generazione per divertirsi, vedere e capire, " ha detto. "Pensiamo che sia inimmaginabile, ed è per questo che prendiamo molto sul serio il lavoro di preservare e archiviare i nostri contenuti."

La società ha in atto piani di ridondanza per gestire molteplici scenari peggiori:un terremoto o un uragano che colpisce una delle coste, un incendio in cui i sistemi di soppressione non si attivano o un guasto al controllo del clima che consente all'umidità di accumularsi e rovinare la pellicola.

L'obiettivo è avere tre copie d'archivio di ogni risorsa conservate in diverse località del mondo:due copie digitalizzate separate, insieme alla copia fisica originale su qualsiasi supporto sia stato creato un episodio cinematografico o televisivo o un cartone animato.

Fortunatamente, i negativi delle pellicole originali dureranno per secoli se conservati nelle giuste condizioni. Ma per alcuni programmi televisivi più datati - pensate agli episodi di "Alice" girati negli anni '70 - la copia fisica originale ha una durata di conservazione limitata che richiede la migrazione a formati più recenti. E per i film e i programmi televisivi di oggi girati in digitale, la terza copia di qualità archivistica ha un ciclo di migrazione molto breve da tre a cinque anni, che è difficile da gestire.

"Diciamo che uno show televisivo sta entrando direttamente nei nostri archivi digitali; non c'è niente di fisico, " ha detto Steven Anastasi, Vicepresidente della Warner Bros. per gli archivi multimediali globali e i servizi di conservazione. "Il file digitale sta entrando, ma non ho qualcosa che posso mettere in un caveau o in una miniera di sale o qualcosa di fisico che entra nell'edificio".

Warner Bros. sta potenzialmente esaminando Project Silica per creare una risorsa fisica permanente per archiviare importanti contenuti digitali e fornire copie di backup durevoli. Proprio adesso, per le uscite cinematografiche girate in digitale, l'azienda crea una terza copia d'archivio riconvertendola in pellicola analogica. Divide il filmato finale in tre componenti di colore:ciano, magenta e giallo e li trasferisce su negativi in ​​bianco e nero che non sbiadiscono come le pellicole a colori.

Quei negativi vengono messi in un archivio di celle frigorifere. In questi depositi altamente gestiti, la temperatura e l'umidità sono strettamente controllate, e gli sniffer d'aria cercano segni di decomposizione chimica che potrebbero segnalare problemi. Se hanno bisogno del film indietro, devono invertire quei passaggi complicati.

Questo processo è costoso, e sono rimasti solo pochissimi laboratori cinematografici al mondo che possono farlo. E il processo non è ottimale da un punto di vista qualitativo, ha detto Brad Collare, Warner Bros. vicepresidente senior degli archivi globali e dell'ingegneria dei media.

"Quando scattiamo qualcosa in digitale, con zeri e uno che rappresentano i pixel sullo schermo , e lo stampiamo su un supporto analogico chiamato pellicola, distruggi i valori dei pixel originali. E, Sicuro, sembra abbastanza buono, ma non è reversibile, " ha detto Collare.

"Se potessimo prendere la rappresentazione digitale di quei pixel e metterla su un supporto come la silice e leggerla esattamente come era quando è uscita dalla fotocamera, abbiamo svolto il nostro lavoro di conservazione al meglio delle nostre capacità. Questo è ciò che amo di questo, " Egli ha detto.

Non è economico creare negativi di pellicola d'archivio per ogni episodio televisivo girato in digitale nella biblioteca della Warner Bros.. L'azienda spera che Project Silica possa rivelarsi una soluzione più economica, alternativa di qualità superiore per creare archivi fisici di contenuti digitali.

C'è ancora molto lavoro da fare per raggiungere quella scala:i ricercatori Microsoft dovrebbero aumentare significativamente la velocità con cui i dati possono essere scritti e letti, così come la sua densità. Warner Bros. prevede la propria infrastruttura per leggere i dati dagli archivi di vetro. Ma entrambi i partner vedono una promessa in quanto lontano sono arrivati.

"Se la soluzione di archiviazione di Project Silica si rivela quanto più conveniente e scalabile potrebbe essere, e tutti riconosciamo che è ancora agli inizi, questo è qualcosa che ci piacerebbe vedere adottato da altri studi, dai nostri colleghi e da altri settori, " ha detto Colf.

"Se funziona per noi, crediamo fermamente che questo sarà un vantaggio per chiunque voglia preservare e archiviare i contenuti, " lei disse.

Progettare lo storage per il cloud

È impossibile sapere quante informazioni sono andate perse perché nessuno si è reso conto del loro valore in quel momento, dai film muti che nessuno avrebbe mai immaginato al di fuori di un teatro ai dati storici da cui i moderni strumenti analitici e l'intelligenza artificiale potrebbero trarre nuove intuizioni.

Uno degli obiettivi della ricerca sullo storage di nuova generazione di Microsoft, che include sforzi paralleli per memorizzare i dati nel DNA, è sviluppare soluzioni abbastanza economiche e abbastanza semplici da non dover davvero scegliere se archiviare i dati, dice l'azienda.

I ricercatori Microsoft hanno passato anni a cercare di arrivarci con le tecnologie attualmente utilizzate nei data center. Ma la dimensione, forma e vincoli di cose come lo spooling del nastro e dei dischi rotanti, tutti inventati per altri scopi molto prima che esistesse il cloud, semplicemente non potevano ottenere i guadagni che volevano.

"Infine, abbiamo solo pensato 'possiamo costruire qualcosa da zero per il cloud che non ha bisogno di fare nient'altro?'", ha detto Rowstron.

Hanno avviato una collaborazione con l'Università di Southampton Optoelectronic Research Centre, dove i ricercatori hanno originariamente dimostrato come memorizzare i dati in vetro con laser a femtosecondi. Con gli investimenti di Azure, Cambridge di Microsoft, UK, lab ha creato un team interdisciplinare di fisici, esperti di ottica, ingegneri elettrici e ricercatori con esperienza nell'archiviazione per spingere ulteriormente la tecnologia.

Da allora, il team di Microsoft Research ha ottenuto notevoli progressi in termini di velocità e precisione. Hanno anche lavorato a stretto contatto con le loro controparti di Azure per progettare Project Silica tenendo conto delle sfide e dei requisiti quotidiani dello storage cloud commerciale.

"Ottenere tutti i loro input e pensare al progetto dal primo giorno significa che alla fine genereremo qualcosa che sarà davvero utilizzabile per loro, " Rowstron ha detto della relazione con il team del prodotto Azure.

I laser a infrarossi di Project Silica codificano i dati in "voxel, " l'equivalente tridimensionale dei pixel che compongono un'immagine piatta. A differenza di altri supporti di memorizzazione ottici che scrivono dati sulla superficie di qualcosa, Project Silica memorizza i dati all'interno del vetro stesso. Un pezzo di vetro di 2 mm di spessore, ad esempio, può contenere più di 100 strati di voxel.

I dati vengono codificati in ogni voxel modificando la forza e l'orientamento degli intensi impulsi laser che deformano fisicamente il vetro. È un po' come creare iceberg capovolti a livello di nanoscala, con diverse profondità e dimensioni e scanalature che le rendono uniche.

Per rileggere i dati, gli algoritmi di apprendimento automatico decodificano i modelli creati quando la luce polarizzata brilla attraverso il vetro. A differenza dell'archiviazione su nastro, che richiede tempo per lo spooling per raggiungere il punto in cui si desidera rileggere, gli algoritmi possono eseguire rapidamente l'azzeramento su qualsiasi punto all'interno del quadrato di vetro, potenzialmente riducendo il tempo di attesa per recuperare le informazioni.

"Se sei abbastanza grande da ricordare di riavvolgere e inoltrare le canzoni su cassette, può volerci un po' di tempo per arrivare alla parte che vuoi, " ha detto Richard Black, Ingegnere principale del software di ricerca Microsoft. "Al contrario, è molto rapido leggere indietro dal vetro perché puoi muoverti contemporaneamente all'interno dell'asse x o y o z."

A differenza dei fragili bicchieri da vino o delle lampadine, i quadrati di vetro di quarzo utilizzati per l'archiviazione dei dati sono sorprendentemente difficili da distruggere. All'inizio, il team di ricerca ha provato a cuocerne uno in forno a 500 gradi, microonde, bollirlo, strofinandolo con lana d'acciaio. E quando rileggono i dati, era ancora tutto lì.

Questo aveva perfettamente senso per gli archivisti della Warner Bros., che anni fa scoprì scatole di serie radiofoniche di Superman registrate negli anni '40 su pezzi di vetro delle dimensioni di un record.

"In realtà abbiamo trovato giocatori su cui potevamo rigiocare queste cose, ed erano altrettanto buoni perché erano conservati su vetro. E siamo stati in grado di digitalizzare e salvare quei meravigliosi pezzi di contenuto, " ha detto Collare.

"Quindi ora una delle nostre risorse più antiche nel nostro caveau è il vetro e una delle tecnologie più recenti nel nostro caveau è il vetro. E sono entrambi Superman. Quindi abbiamo davvero chiuso il cerchio, " Egli ha detto.