超级光盘的问世近年来，光盘的使用逐渐变得罕见，这背后的原因或许与光盘的存储容量密切相关。
随着人们对存储需求的不断增长，32GB甚至更高的存储容量已成为标配。
然而，即便是目前存储能力最强的蓝光光盘，其最大容量也仅能达到25GB，显然已无法满足现代用户的期望。
就在人们普遍认为光盘即将被淘汰之际，出现了一个突发情况，打破了这种状况。
最近，上海光机所与上海理工大学携手研发出了一种革命性的存储介质——超级光盘。
尽管它的外观尺寸与常规光盘无异，同样拥有12cm的外径和1.2毫米的厚度，但其存储容量却达到了惊人的1677721Gb，相当于普通DVD硬盘的33万倍！目前市场上可购买的最大硬盘容量仅为20TB，这意味着超级光盘的数据容量是其数十倍之多。
为了更直观地展示超级光盘的庞大容量，中国工程院外籍院士顾士敏以当下热门的ChatGPT为例进行了说明：“训练ChatGPT所需的文本数据集高达56PB，若使用目前普遍采用的1TB容量移动硬盘进行存储，所需的硬盘数量平铺开来将占据一个操场的面积。
然而，借助超级光盘所采用的三维纳米光子存储技术，这一庞大的存储空间可被缩减至仅相当于一台电脑的大小。
”相信在不久的将来，这些”消失的光盘“将会以另一种方式重新回归到我们的身边。
一个光盘可以存放多少数据？实际上，普通CD光盘的存储容量大约为700Mb，DVD光盘的存储容量则达到了5GB。
蓝光光盘的存储容量则到达了25GB的小。
不论是CD、DVD还是蓝光光盘，它们的数据存储方式都采用了相似的机制。
具体来说，光盘上的数据被存储在一条螺旋线上，这种设计不仅提高了光盘表面的利用率，还使得激光读取器能够更高效地访问和读取光盘上的数据区域。
如何计算光盘的数据存储量呢？首先我们需要了解光盘上数据的存储方式。
光盘的数据实际上是沿着一条螺旋线分布的，每个数据点都可以视为这条螺旋线上的一个连续点。
因此，要确定光盘的存储容量，我们只需计算出这条螺旋线的总长度，并了解每个数据点的平均大小。
通过这些信息，我们就可以迅速估算出光盘的总数据存储量。
一般来说，只要我们知道光盘的外圆环形半径R2、内圆环形半径R1、信道间距d这三个参数就能计算出光盘上的螺旋线长度。
由于光盘上的信道间距非常微小，因此每一圈螺旋线长度我们可以将其视为一个圆的圆周长度，因此我们可以将每一圈计算出来的圆周周长累计相加，最后就可以计算出整个螺旋线的长度，即：运行下面的python脚本可以在3秒内完成对这个级数的求和计算：from sympy import symbols, pi, Sum, solve# 定义符号R1, R2, d, k, n = syMBols('R1 R2 d k n')# 定义求和表达式L_CLV = Sum(2 * pi * (R1 + k * d), (k, 0, n-1))# 根据R1, R2和d求解n的表达式n_expr = solve(R2 - R1 - n * d, n)[0]# 将R1, R2和d的表达式代入求和中L_CLV_expr = L_CLV.subs(n, n_expr)# 简化表达式L_CLV_simplified = L_CLV_expr.doit().simplify()# 打印简化后的表达式print(L_CLV_simplified)即：L=pi*(-R1**2 + R1*d + R2**2 - R2*d)/d下表给出了CD、DVD和蓝光三种常见光盘的相关参数，包括它们的外圆半径R2、内圆半径R1、信道间距d以及数据点尺寸s。
光盘类型R2(mm)R1(mm)d(μm)s(μm)CD58171.60.85～3.5DVD58170.740.4蓝光58170.320.14为快速计算出光盘上螺旋线(信道)长度以及光盘上的数据容量，可以使用下面的python脚本程序：from math import pidef calculate_L_CLV(R1, R2, d): if d == 0: raise ValueError("d 不能为零") L_CLV = (pi * (-R1**2 + R1*d + R2**2 - R2*d)) / d return round(L_CLV, 1)def convert_to_storage_units(bits): bytes = bits / 8 MB = bytes / (1024 ** 2) GB = MB / 1024 return GB, MBdef calculate_storage_on_spiral(R1, R2, d, s): L_CLV = calculate_L_CLV(R1, R2, d) num_data_points = L_CLV / s num_bits = num_data_points # 假设每个数据点代表一个位 GB, MB = convert_to_storage_units(num_bits) return L_CLV, GB, MB# 示例使用R1 = 15 //替换为R1R2 = 80 //替换为R2d = 7e-5 //替换为信道间距ds = 5.4e-6 //替换为数据点尺寸sL, GB, MB = calculate_storage_on_spiral(R1, R2, d, s)print(f"光盘上的螺旋线的长度值: {L}mm")print(f"光盘的数据容量大约为 {GB:.2f} GB 或 {MB:.2f} MB")运行该程序后，我们能够迅速计算出光盘的数据容量以及光盘上数据螺旋线的总长度。
以之前表格中提供的相关数据为例，经过计算，我们得到了以下结果，详见下表：CDDVD蓝光螺旋线长度(km)61330.1数据容量(GB)0.59425.1这与真实光盘的数据存容量相一致。
但我们无法将这上述方法应用到超级光盘容量计算中，那么，如果我们尝试这样做会发生什么呢？首先，我们假设超级光盘的尺寸保持不变，即内圆半径R1为58，外圆半径R2为17。
根据官方公布的数据，信道间距设定为70nm，数据点尺寸为54nm。
接下来，我们将这些数值代入到之前的计算脚本中，进行计算后得到：螺旋线长度为138Km，数据容量为297GB。
然而，考虑到超级光盘具备100层的多层读写记录能力，如果我们简单地将297GB乘以100，得到的最终数据容量为29700GB。
但显然，这个结果与官方公布的16,783,769GB数据容量相去甚远。
这表明他们研发的超级光盘采用了更加优于传统光盘的存储技术方案其巨大的存储容量，你知道，他们采用了什么样的技术方案么？上海光机所与上海理工大学的合作研究成果已成功发表在《自然》杂志上。
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论文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06980-y