[고든 정의 TECH+] 유리 디스크 한 장에 500TB 데이터 영구 저장…꿈의 광학 저장 장치 나올까?

이미 컴퓨터에서 자취를 감춘 플로피디스크에 이어 서서히 사라지고 있는 장치가 바로 광학 디스크 드라이브 (ODD, Optical Disc Drive)입니다. 과거 하드디스크 용량도 적고 인터넷 속도도 상대적으로 느렸던 시절 컴퓨터에서 영상 감상 수단은 주로 CD나 DVD를 읽을 수 있는 ODD였습니다.

1990년대 나온 멀티미디어 PC에는 CD나 DVD 드라이브가 기본으로 탑재됐습니다. 여기에 데이터를 기록할 수 있는 ODD가 나오면서 한동안 데이터 백업용으로 큰 인기를 끌었습니다. 

그러나 ODD의 시대는 블루레이로 넘어오면서 서서히 저물기 시작합니다. 영상을 온라인으로 시청하는 경우가 늘어나고 대용량 SSD와 하드디스크가 나오면서 굳이 거추장스럽게 CD나 DVD를 사용할 이유가 줄어든 것입니다. 데이터 센터에서도 미디어 저장 용량이 적은 광학 디스크보다 하드디스크나 자기 테이프를 백업용 저장 장치로 사용하고 있습니다. 

하지만 광학식 데이터 저장 기술에는 하드디스크나 자기 테이프 같이 자성 물질을 이용하는 방식이나 낸드 플래시 메모리처럼 반도체 기반 방식에는 없는 장점이 있습니다. 저장 미디어가 저렴할 뿐 아니라 수명이 매우 길다는 것입니다. 따라서 저장 장치를 연구하는 과학자들은 대용량의 데이터를 반영구적으로 보존할 수 있는 새로운 광학 저장 기술을 연구하고 있습니다. 

최근 주목받는 소재는 바로 유리입니다. 마이크로소프트의 프로젝트 실리카(Project Silica)는 순수한 실리카(SiO2)로 이뤄진 석영유리(silica glass)에 100펨토초 간격으로 레이저(femtosecond, 10^-15초)를 발사해 대용량 데이터를 영구 저장하는 프로젝트입니다. 

레이저를 유리 내의 한 점에 모으면 1마이크로미터 이하 크기의 결정이 형성되는데, 이를 복셀 (Voxel)이라고 부릅니다. 복셀은 하드디스크처럼 평면으로 데이터를 저장하는 것이 아니라 유리 내부에 3차원적으로 쌓아 올릴 수 있어 막대한 양의 데이터를 보존할 수 있습니다.

더 중요한 사실은 데이터를 1만 년 동안 보존할 수 있을 정도로 안전성이 뛰어나다는 것입니다. 자기 물질이나 플라스틱이 아닌 유리이기 때문에 가능한 일입니다. 

펨토초 레이저를 이용한 광학 데이터 저장 기술에 도전하는 곳은 마이크로소프트만이 아닙니다. 이 분야에서 선구자 중 하나인 사우스햄프턴 대학의 연구팀은 펨토초 광학 데이터 저장 기술의 단점이었던 느린 속도를 개선한 연구 결과를 광학 전문 학술지인 저널 옵티카 (Optica)에 발표했습니다. 

사우샘프턴대학의 기술은 펨토초 레이저를 이용해 석영유리 안에 50-500nm 크기의 작은 이방성(anisotropic) 나노 결정을 만드는 방식입니다. 기본적으로 마이크로소프트의 프로젝트 실리카와 비슷하지만, 유리 내부에서 3차원적 위치를 지닌 복셀 한 개가 결정 구도와 결정 크기의 2차원의 광학 데이터를 담고 있어 5D 광학 데이터 저장 (5D optical data storage) 방식이라고 부릅니다. 

이를 풀어서 설명하면 복셀 하나가 0과 1대신 0,1,2,3의 상태를 지닐 수 있어 MLC 낸드 플래시 메모리 셀처럼 더 많은 데이터 저장이 가능하다는 이야기입니다. 일반적인 광학 디스크 크기의 5D 광학 데이터 저장 디스크는 최대 500TB의 데이터를 저장할 수 있는데, 50GB 블루레이 1만 장에 해당하는 용량입니다.

 하지만 유리 디스크 데이터 저장 기술은 데이터 기록 속도가 매우 느리다는 것이 큰 단점입니다. 연구팀은 새로운 방식을 도입해 초당 100만 개의 복셀 혹은 225kB/s의 데이터 기록 속도를 달성했습니다. SSD나 하드디스크를 생각하면 너무 느린 속도이지만, 앞으로 속도를 점점 높여 대용량 데이터의 영구 백업 시스템의 가능성을 보여준 연구 결과입니다. 연구팀은 8.8 X 8.8 mm 데이터 블록 네 개에 6GB 데이터를 저장한 프로토타입 디스크를 공개했습니다. (사진) 

현재 우리가 사용하는 저장 장치의 수명은 생각보다 짧습니다. 물론 계속해서 복사하고 백업되는 과정에서 데이터는 사라지지 않지만, 데이터의 양이 폭발적으로 증가하면서 더 안전하고 고밀도로 데이터를 보존할 방법이 필요합니다. 유리가 그 대안이 될 수 있을지 앞으로 연구 결과가 주목됩니다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com