最近，新聞媒體紛紛報道：存儲容量是普通光盤上萬倍、普通硬盤上百倍的“超級光盤”。然而，普通硬盤和光盤的存儲容量，很多朋友並不知曉，自然也就不太清楚超級光盤的容量有多少。今天，咱們就來探究一下這個超級光盤的存儲容量到底是多少。

信息的最小單位

新聞中提到，超級光盤的單盤等效容量達Pb量級，無數人看到這個Pb量級后，馬上就認為它的存儲容量就是大眾熟知的1000TB量級，然而事實並不是。

為說明這個問題，咱們先簡單回顧一下計算機儲存和計算的最小單元——比特（英語：bit）。

電腦處理的數據是二進制，要麼“0”，要麼“1”。這裡的“0”就是1比特，這裡的“1”也是1比特。因此，信息的最小單位就是1比特。

二進制“1011”，其大小就是4比特，即4b。注意不是4B。

說完了比特，再來看一個更大的單位，字節（英語：Byte）。

1字節等於8比特，即：1B=8b。

而1000個字節，就是大家熟知的1KB。

1000個KB，就是大家熟知的1MB，也就是1兆。一張普通照片的大小通常為幾兆。

1000個兆，就是1GB。通常寫成1G。當下手機的儲存容量在100G上下。

1000個GB，就是1TB，通常寫成1T。

1000個TB，就是1PB。

是Pb不是PB

很多人看到超級光盤的存儲容量為Pb量級后，就以為存儲容量高達1000TB以上。但通過上面的單位換算，事實並非如此。

因為1PB才是1000TB，而1000Pb……，它到底等於多少TB呢？

根據：1B=8b

所以：1PB=8Pb=1000TB

因此，1Pb容量，實際上就是1000TB的八分之一，也就是125T。

到這裡，可能有網友會想，是不是搞錯了？或者是視頻新聞中，字幕標注錯了，本來是PB量級的，打成Pb量級了？

筆者也有這樣的疑問，然后查找論文原文，如下：

論文截圖。

“超級光盤”相關論文由上海理工大學光子芯片研究院顧敏院士、中國科學院上海光學精密機械研究所阮昊研究員、上海理工大學光電信息與計算機工程學院文靜教授等合作撰寫，發表在今年2月的《自然》雜志上。

通過論文截圖，可以看到，標題中為“petabit”，也就是Pb。而非petabyte，即PB。

論文通常是很嚴謹的，所以，確確實實就是Pb量級了。

有媒體報道“超級光盤”的存儲容量為1.6Pb。那麼，將其除以8，也就是0.2PB，即200TB，或者是200000GB存儲容量。

雖然超級光盤並非大家所認為的160萬GB，但一張光盤的存儲容量高達20萬GB，也已經是很大很大的了。

一部手機的存儲容量如果是200GB的話，則一張超級光盤的存儲容量相當於1000部手機的存儲容量之和。

超級光盤，圖片來自新華社。

問題來了，一張薄薄的，甚至是半透明的光盤，它的存儲容量為何會這般大？光盤的存儲原理到底又是什麼？

光盤存儲原理

計算機讀取的數據是二進制，而二進制，要麼是“0”，要麼是“1”。為講解光盤存儲原理，我們不妨舉一個例子，如下：

籃球場上，5個成年人並排站著，他們每個人手裡面都拿著一個火把，我們規定，火把點燃的狀態表示“1”，火把熄滅的狀態表示“0”，那麼……

圖片來自作者合成。

上圖就表示了這樣的二進制數字，即：00001。

圖片來自作者合成。

上圖狀態表示的二進制數字就是“00101”

你看，隻要定義了火把點燃和熄滅所代表的二進制位，則我們就能使用火把的熄滅與否來傳達“0”“1”信號了。

有趣的問題來了，這個固定大小的籃球場上，怎樣才能傳達出更多的“0”“1”信號？

答案簡單粗暴，就是增加更多舉著火把的人即可。比如說讓籃球場上最多站著300個成年人。於是，我們就能表示300個比特信息了。

還能表示更多嗎？可以的。

將球場上的胖子全都換成瘦子，於是，最多又能站滿380個人了。

還能表示更多嗎？可以的。

把380個成年人全部換成3歲小孩……

綜上，我們能用火把（光）的熄滅與否來表示大量的“1”和“0”。可問題又來了，光盤不會發光，怎麼辦呢？

沒關系，光盤是不發光，但其必然會反射光。再有，我們可以使用相應工藝，讓其做到部分反光，以及部分不反光，這並不難。

因此，我們隻要向其照射激光，若激光產生反射信號，就讓其表示“0”，不反射激光信號，就表示二進制“1”，於是，我們隻要使用激光在光盤上刻上很多凹坑就好了，此時……

圖片來自作者自制。

你可以定義光盤上的平地表示“0”，凹坑表示“1”，或者反過來定義也行。

總之，你隻要想辦法產生這樣的效果就行了，即：當光驅發射的激光照射到平地時會反射激光，此時獲取到反射激光，而反射激光就是一個信號，讓其表示“0”﹔照射到凹坑時，沒有產生反射信號，此時，讓其表示“1”。

這只是一種實現方式。還有其他的實現方式，例如：上面我們說了，光盤上有平地和凹坑，但凹坑中，也可以有平地。此時，我們可以定義其他的不同，比如平地與凹坑的邊緣處，可以用它來表示“1”。

圖片來自作者自制。

當光驅發射的激光從平地掃到凹坑邊緣時，反射激光會短暫的因為相位差，導致激光消失，或者大幅變暗，此時表示“熄滅”，同時代表“1”。而當激光越過邊緣，照射到凹坑內部的平地時，沒有產生相位差，此時接收到反射信號，表示“0”。

顯微鏡下，CD、DVD、藍光光盤（Blu-ray）的不同。圖片來自Wikipedia，作者：Ben Krasnow

你看，光盤存儲二進制數據的過程，是否就像是籃球場上，站著一些舉著火把的人一樣？

CD光盤相當於籃球場上站滿大胖子，坑位比較大。故CD存儲容量最小。

DVD光盤相當於是籃球場上全站著瘦子，坑位增加一倍以上，容量比較大。

而藍光光盤，相當於籃球場上全是站著小孩，坑位最多。

而超級光盤呢，其相當於是籃球場上，全是密密麻麻的螢火虫，黑夜裡，有的螢火虫一直發光，有的一直不發光。這就是無數的比特信息了。

那麼，超級光盤上的“螢火虫”，其尺寸到底有多小呢？根據新華網的報道，超級光盤突破了光學衍射極限的限制，點尺寸為54納米、道間距為70納米。

將“螢火虫”按照想要的順序放到“籃球場”上的過程，相當於光盤的數據寫入，物理過程就是激光雕刻。

使用接收光信號的儀器，也就是“光驅”檢測“籃球場”上的“螢火虫”發光與否的過程，就相當於數據讀取。

如果你能將“籃球場”上的“螢火虫”一口氣全吹掉，且不傷害“籃球場”地面，那麼之后你再次放入密密麻麻的“螢火虫”，這種過程就相當於光盤具備多次寫入功能。

超級光盤的意義

水洗光盤，圖片來自Wikipedia。

在存儲上，光盤有一些自身的優勢，比如不怕水，這個大家容易想到，光盤是可以水洗的。

另外一個優勢就是數據安全，由於光盤信息隻能通過激光束訪問，所以它沒有內部控制電路，繼而也不包含惡意硬件。

還有就是，因為光盤的特性，惡意軟件入侵的概率也極低。

最后一個優勢就是壽命長，中國研究人員研發的這種超級光盤，經過老化加速測試后發現，光盤介質壽命大於40年。

超級光盤的高容量、長壽命等優勢，對我國實現數字經濟的可持續發展具有重大意義。

作者：寒木釣萌 科普作家、科技部“全國優秀科普作品獎”獲得者

審核：蘭名滎 北京郵電大學數字媒體與設計藝術學院副教授

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