Speichern für die Ewigkeit: Wie die Datenspeicherung der Zukunft aussieht

Solche Momente sollten für die Ewigkeit gespeichert werden, in der Zukunft wird das möglich sein - Daten speichern

Solche Momente sollten für die Ewigkeit gespeichert werden, in der Zukunft wird das möglich sein. (Screenshot: „Ellen DeGeneres takes a selfie at the Oscars“ von YouTube.com/Oscars)

Kann man ein Selfie ewig speichern? Wie funktioniert das Daten speichern in der Zukunft?

Wir machen Selfies, laden Videos in Social Media hoch und horten große Datenmengen auf USB-Sticks und tragbaren Festplatten – seien es Dokumente, Filme oder Musik. Man kann sagen: Daten begleiten uns. Sie sind die Währung des 21. Jahrhunderts und sie müssen irgendwo und irgendwie gespeichert werden. Möglichst lange natürlich.

Daten speichern: Das Problem der Umwandlung

Die Frage ist zunächst: Wie kommen die Daten auf einen Datenträger und wie können sie wieder ausgelesen werden? Eine Schallplatte kann durch einen Plattenspieler wiedergegeben werden. Eine CD ist auf einen CD-Player angewiesen. Und magnetische Speicherverfahren wie Disketten und Festplatten benötigen einen Lesekopf, der mit den Daten etwas anfangen kann.

Für jede Art von Datenträger wird also eine Art Code benutzt, der die Informationen übersetzt – entweder in die Sprache des Speichergerätes, um sie dort dauerhaft zu hinterlegen, oder in die Sprache des Lesegerätes, damit die Informationen für menschliche Benutzer lesbar sind. Der Code ist eine Übersetzungshilfe zwischen Datenträger und Lesegerät einerseits, und Lesegerät und Benutzer andererseits. Soweit so gut.

Was passiert, wenn Daten gespeichert werden?

Es gibt zahlreiche Arten, Daten zu speichern. Jede hat Vor- und Nachteile. Und häufig werden die Methoden zur Datenspeicherung miteinander kombiniert, um noch leistungsfähigere und langlebigere Speicher zu entwickeln. Man kann grob zwischen folgenden Methoden unterscheiden, um einen Überblick zu bekommen:

  • Fotografisch: Selfies können nach wie vor als herkömmliche Fotos ausgedruckt werden. Bewegtbilder und Filme werden ebenfalls auf diese Weise gespeichert.
  • Mechanisch: Die ersten maschinellen Verfahren zur Speicherung von Daten bestanden aus Unmengen an Lochkarten und Lochstreifen, deren binärer Code mit einem Lesekopf ausgelesen werden konnte. Heute basieren Speicherformate wie Blue-Rays, DVDs und CDs auf dieser Methode.
  • Magnetisch: Riesige Magnetbänder speicherten unsere Daten zumindest für einen bestimmten Zeitraum. Die gebräuchlichen Festplatten nutzen dieses Verfahren jedoch nach wie vor.
  • Elektronisch: Elektronische Speichermodule und entsprechende Lesegeräte wie Laser, Card Reader und Speichercontroller sind in den meisten Rechnern und Servern verbaut. Diese Controller regeln den Datentransport zwischen Prozessoren und Speichern und sind meist im Hauptprozessor bzw. der CPU zu finden. Die Controller sind das Lesegerät für elektronisch gespeicherte Informationen.
  • Optisch: Optische Speichermedien arbeiten mit einem Laser und nutzen die Reflexions-Eigenschaften des Speichermediums aus, um Daten zu hinterlegen.
  • Organisch: Derzeit wird erforscht, wie Informationen in künstlicher DNA gespeichert werden können.

Konkret bedeutet das: Du machst ein Selfie mit deinem Smartphone und das Telefon hinterlegt es ganz automatisch im Hauptspeicher, weil die Rechnerarchitektur des Telefons dies ermöglicht. Wenn du jetzt das Bild auf den PC oder deinen Laptop hochladen willst, passiert im Grunde das Gleiche: Per Kabel oder Bluetooth stellst du eine Verbindung zum Rechner her und startest die (meist proprietäre) Software, die die Kommunikation zwischen Rechner und Telefon übernimmt. Sie stellt für dich eine Benutzerschnittstelle dar. Willst du nun das Bild auf dem PC speichern, wird es in Form von binären Codes auf die Speicherchips geschrieben.

Im Grunde ist dein Bild bei dieser elektronischen Speicherung eine Ansammlung von Nullen und Einsen. Nur der Rechner weiß damit etwas anzufangen, weil er den Code kennt. Die Benutzerschnittstelle erlaubt es dir jedoch, mit dem Rechner zu interagieren und beispielsweise das Bild anzuzeigen oder zu bearbeiten. Da Server ebenfalls kleine Rechner sind, funktioniert eine Speicherung von Daten im Internet genauso. Instagram oder Pinterest kommen also auch nicht in Frage, wenn du dein Selfie für nachfolgende Generationen speichern willst.

Daten haben immer ein Mindesthaltbarkeitsdatum

Dein Bild ist nun auf einer Festplatte irgendwo auf dem Globus elektronisch gespeichert. Solche Chipkarten-Speicher haben jedoch einen entscheidenden Nachteil: Sie sind nur begrenzt überlebensfähig. Nach maximal 30 Jahren ist Schluss. Speichermedien wie Blue-Ray-Disks schaffen es bis zu 100 Jahre, dein Selfie zu speichern. Allerdings müsstest du dann eine Sicherheitskopie anlegen und dich nach, sagen wir, 50 Jahren auch noch daran erinnern, wo du sie hingelegt hast. Schwierig, oder?

Klassische Festplatten werden in allen Größen und Formen verkauft und produziert. Diese können bald veraltet sein.

Klassische Festplatten werden in allen Größen und Formen verkauft und produziert. Diese können bald veraltet sein.

Hinzu kommt: Pauschal kann niemand die Lebensdauer von Datenspeichern angeben. Die maximale Lebensdauer ist von vielen verschiedenen Faktoren abhängig. Zum Beispiel Schreib- und Lesezyklen, Wärme- und Kälteeinflüsse oder Feuchtigkeitseinwirkung und Kratzer. Bei Festplatten und Chipspeichern sollte zudem bekannt sein, dass Magnete der Datenspeicherung den Garaus machen können. Sie löschen den binären Code, durch den dein Bild auf dem Speichermedium kodiert ist. Magnetismus ist der Todfeind von Festplatten.

Was ist mit dem guten alten Papier?

Ja das wäre eine Möglichkeit, wenn auch eine unpraktische. In Anbetracht der Datenmengen, die wir täglich produzieren, ist es praktisch unmöglich, alles „old school“ zu speichern. Zumal auch Papier erhalten und konserviert werden muss. Denn auch hier gibt es kritische Faktoren wie Luftfeuchtigkeit, Wärme oder die Säure, die oft in Papier vorhanden ist und das Material zerfressen kann. Wenn du also dein Bild ausdrucken willst, heißt das nicht, dass deine Nachfahren in 500 Jahren wissen, wie du aussiehst.

Daten speichern in der Zukunft: Zwei kritische Aspekte

Die Frage, wie wir unsere Daten speichern, ist keineswegs banal. Viele Bereiche des täglichen Lebens, der Gesellschaft und des zukünftigen Zusammenlebens sind davon beeinflusst. Wie können wir unser mühsam gesammeltes Wissen digital archivieren? Auf welche Weise können private Informationen sicher verwahrt werden? Und: Welche Möglichkeiten gibt es, um besonders große Datenmengen dauerhaft zu speichern?

Die Antworten auf diese Fragen müssen neben der Frage des richtigen Lesekopfes oder Speichercontrollers zwei weitere Probleme beseitigen. Zum einen darf das Speichermedium kein Mindesthaltbarkeitsdatum haben – die Lebensdauer des Datenträgers ist ein entscheidender Faktor. Zum anderen soll die Speicherkapazität so hoch wie möglich sein. Die Menge an Informationen, die in einer Datenstruktur gespeichert werden können, sollte mindestens im Terabyte Bereich liegen. Also ab 1000 GB aufwärts.

Kristalline Datenspeicher: Die 5D Datenspeicherung

Aktuell wird an unterschiedlichen Fronten geforscht. Eine davon beschäftigt sich mit kristallinen Datenspeichern, die aus Quarzglas bestehen und Informationen in einer Nanostruktur hinterlegen. Der Lese- und Schreibkopf ist ein sogenannter Femtosekundenlaser, der für einen Bruchteil einer Sekunde das Quarzglas mit Lichtblitzen beschießt. Zur Info: Eine Femtosekunde ist 14 mal kleiner als eine Zehntel Sekunde.

Die Forscher nennen es 5D Datenspeicherung: Im Endeffekt lassen sie sich dank der Nanostrukturen derart dicht in das Speichermedium integrieren, dass 350.000 Gigabyte Speicherkapazität erreicht werden. - Daten speichern

Die Forscher nennen es 5D Datenspeicherung: Im Endeffekt lassen sie sich dank der Nanostrukturen derart dicht in das Speichermedium integrieren, dass 350.000 Gigabyte Speicherkapazität erreicht werden. (Screenshot: „5D Data Storage means the Death of the Internet as we know it!“ von YouTube.com/Arduino Tronic)

Das Licht dieses Lasers ist sowohl beim Lese- als auch Schreibvorgang stark gebündelt. Der Schreibvorgang arbeitet allerdings mit einer anderen Polarisation als der Lesevorgang. Die Lichtblitze sind im Unterschied zu herkömmlichem Licht in ihrer Richtung festgelegt: Die Lichtwellen schwingen mit einem bestimmten Faktor, der durch die Bewegung, Ausbreitungsrichtung und die senkrechte Ebene zur Ausbreitungsrichtung definiert ist. Dieser Faktor wird als Lichtvektor E angegeben. Wird der Lichtvektor verändert, können Daten ausgelesen oder geschrieben werden.

Im Prinzip reicht ein Physikgrundkurs nicht aus, um die Eigenschaften von linear polarisiertem Licht zu erläutern. Deutlich wird aber, dass durch dieses spezielle Licht eine Datenspeicherung in mehreren Ebenen der Datenstrukturen möglich ist. Und das ist ein Teil der eigentlichen Sensation. Die Forscher nennen ihr Projekt deshalb 5D Datenspeicherung: Die Informationen werden nicht nur im dreidimensionalen Raum des Quarzglases hinterlegt, sondern auch durch die Größe und Ausrichtung der Speichereinheiten im dreidimensionalen Raum des Glases chiffriert. Das Glas selbst wurde in seiner Struktur so verändert, dass Informationen auf Nanoebene konserviert werden können. Im Endeffekt lassen sie sich dank der Nanostrukturen derart dicht in das Speichermedium integrieren, dass 350 Terabyte Speicherkapazität erreicht werden. Das sind 350.000 Gigabyte.

5D: Daten für 13,8 Milliarden Jahre speichern

Der andere Teil der Sensation ist die Haltbarkeit des Quarzglases. Sage und Schreibe 13,8 Milliarden Jahre übersteht der 5D Speicher, wenn er mit bis zu 190° Celsius gelagert wird. Selbst hohe Temperaturen bis zu 1000° C können ihm nichts anhaben. Kombiniert man einige Hundert dieser Datenträger wäre das Weltwissen des 21. Jahrhunderts für sehr, sehr lange Zeit sicher aufbewahrt.

Allerdings besteht auch hier das Problem des Lese- und Schreibvorgangs. Unsere entferntesten Nachfahren müssten das Kodierungs-Prinzip kennen, um die Daten umwandeln zu können und richtig zu interpretieren. Zudem müssten sie über einen Femtosekundenlaser verfügen. Und wer weiß, ob Lasertechnologie und Nanostrukturen dann als altmodisch verspottet werden – sowie es bereits heute bei Lochkarten und übergroßen Magnetbändern der Fall ist.

Habt ihr eine Idee, wie das Problem der Kodierung gelöst werden könnte? Wie könnte der Übersetzungs-Code weitergegeben oder umgangen werden?

Welche Alternativen der Datenspeicherung kennt ihr? Und muss man wirklich jedes Selfie für die Ewigkeit speichern?

Sag, mit welchem Speichermedium bist du eigentlich eingestiegen? Von der Floppy-Disc aus den 70ern über CDs aus den 80ern bis hin zu Clouds ab 2011 existierte ja so einiges.


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Ein Kommentar

  • Wolfgang Kohlweiß sagt:

    Der Übersetzungscode und Geräte müssten ähnlich wie Ur-Meter aufbewahrt werden.
    Ich begann IT mit Lochkarten und Streifen.

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