Cerabyte: Keramische Alternative für Langzeitspeicher

Keramik-Nanoschichten auf Glas: Aufbau und Funktionsprinzip

Die Kerninnovation von Cerabyte ist eine ultradünne Keramik-Nanoschicht, die auf beiden Seiten eines flexiblen Glasträgers von nur 100 μm (Mikrometer) Dicke aufgebracht wird. Jede 9×9 cm große Glasplatte wird mit einer 10 nm (Nanometer) dicken grauen Keramik beschichtet – das entspricht nur 50–100 Atomlagen. Dieses Substrat dient als hochpräzise und langlebige Speicheroberfläche und lässt sich mit den bestehenden Displayglas-Produktionskapazitäten herstellen, wodurch die Materialkosten potenziell unter denen aktueller Festplatten oder LTO-Bänder liegen. Das Medium wird dabei allerdings nur einmal beschrieben, was als WORF – Write Once Read Forever – bezeichnet wird.

Technische Kernkomponenten:

• Flexibles, ultradünnes Glassubstrat
• Keramische Nanoschicht mit breitem Absorptionsspektrum
• Nur 50–100 Atomlagen pro Schicht

Schreiben: Laserpulsmatrix für parallele Datenspeicherung

Das Schreiben auf die Keramikplatten erfolgt durch ultrakurz gepulste Laser in Kombination mit Digital Mirror Devices (DMDs), wie sie aus Videoprojektoren bekannt sind. Diese erzeugen eine Laserstrahlmatrix, die bis zu 2 Millionen Bits pro Puls parallel beschreiben kann, bei Wiederholraten im kHz-Bereich. Die erwarteten Schreibgeschwindigkeiten liegen bei >1 GB/s, bei einem Energieverbrauch von unter 1 Watt – rund 3–4 Mal schneller als herkömmliche Festplatten oder LTO-Bänder.

Vorteile:

• Paralleles Schreiben in Millionen-Bit-Matrix
• Extrem niedriger Energieverbrauch
• Zukunftsfähige Skalierung auf >1 GB/s

Lesen: Hochgeschwindigkeits-Bildsensorik und FPGA

Zum Lesen wird ein ultraschneller, hochauflösender Bildsensor (500+ Bilder pro Sekunde) verwendet, gekoppelt mit Mikroskopoptik und Hochgeschwindigkeitsbeleuchtung. Die Dekodierung erfolgt über FPGA-basierte Parallelverarbeitung, wodurch Leseoperationen >1 GB/s erreicht werden, was wiederum schneller als heutige Festplattentechnologie ist

Der wahlfreie Zugriff auf die Daten erfolgt über hochgeschwindigkeitsfähige XY-Positionierbühnen mit piezogetriebenem Autofokus, die das Substrat präzise abtasten.

Lagerung und Zugriff: LTO-Formfaktor trifft Nanoarchitektur

Für das Speichern werden mehrere 9×9 cm große Cerabyte-Platten in LTO-ähnlichen Kartuschen gestapelt. Diese kompakte Stapelung erhöht die Volumeneffizienz deutlich. Anders als bei traditionellen Magnetbändern kann auf jede einzelne Platte direkt zugegriffen werden, wodurch die Zeit bis zum ersten Byte drastisch reduziert wird – ein entscheidender Vorteil für Archive und Rechenzentren, die schnellen, wahlfreien Zugriff auf große Datenmengen benötigen.

Die Systemarchitektur im Detail:

• Robotergesteuerte Bibliothek für Remote-Schreiboperationen: Eine automatisierte Bibliothek lokalisiert die gewünschte Kartusche, entnimmt sie und positioniert die Platte für Schreib- oder Leseoperationen. Dadurch sind keine manuellen Eingriffe erforderlich, und mehrere Operationen können parallel gesteuert werden.
• Automatisches Entstapeln der Platten: Jede Kartusche enthält mehrere Platten, die übereinander gestapelt sind. Ein mechanisches System nimmt die gewünschte Platte gezielt aus dem Stapel heraus (Entstapeln) und transportiert sie zur optischen Einheit. Nach Abschluss der Operation wird die Platte wieder zurückgelegt. Dieses Verfahren ermöglicht direkten, schnellen Zugriff auf jede Platte und maximiert die Effizienz der Lagerung.
• Integration in bestehende Archivierungsinfrastrukturen: Das Cerabyte-System soll sich in vorhandene Speicherumgebungen einbinden lassen, zum Beispiel in LTO-Bibliotheken oder Rechenzentrumsarchitekturen. So könnten Organisationen die Vorteile der Nanospeichertechnologie nutzen, ohne ihre bestehende Infrastruktur vollständig ersetzen zu müssen.

Robustheit und Lebensdauer: Extrembeständigkeit für lange Zeiträume

Die keramische Nanoschicht von Cerabyte zeichnet sich durch eine hohe thermische und strahlenbedingte Widerstandsfähigkeit aus. Sie übersteht extreme Temperaturen – von nahezu dem absoluten Nullpunkt bei -273°C bis hin zu hohen Belastungen von 500°C, ohne dass die gespeicherten Daten beeinträchtigt werden. Damit deckt sie ein Spektrum ab, das herkömmliche Speichermedien wie Festplatten, SSDs oder Magnetbänder übertrifft.

Darüber hinaus zeigt die Keramik eine hohe Resistenz gegenüber schädlicher Strahlung, darunter elektromagnetische Impulse (EMP), UV-Strahlung und Gammastrahlen. Diese Belastungen, die in traditionellen Speichersystemen oft zu Datenverlust oder Materialschäden führen, hinterlassen auf den Cerabyte-Medien keine Spuren.

Beschleunigte Alterungstests lassen zudem darauf schließen, dass die Nanoschicht eine potenzielle Lebensdauer von Tausenden an Jahren erreichen kann. In Kombination mit der chemischen und physikalischen Stabilität des Glasträgers entsteht so ein Medium, das selbst unter extremen Umweltbedingungen über sehr lange Zeiträume hinweg zuverlässig Daten bewahrt.

Dank dieser Eigenschaften eignet sich die Ceramic Nano Memory (CNM) Technologie besonders für die Langzeitarchivierung von kritischen oder wertvollen Daten, bei denen Zuverlässigkeit und Beständigkeit höchste Priorität haben. Ob für historische Dokumente, wissenschaftliche Langzeitstudien oder die sichere Aufbewahrung von Unternehmensdaten – CNM bietet eine Robustheit, die klassische Speicherlösungen nicht erreichen.

Roadmap: Von Pilotsystemen zum skalierbaren Speichern

Cerabyte plant den schrittweisen Übergang von Pilot‑ und Demo‑Systemen hin zu produktiven Archivspeichersystemen mit sehr hoher Kapazität und Leistung.

• In der aktuellen Pilotphase validiert Cerabyte ein System mit einer Kapazität von 1 Petabyte pro Rack, mit einer erwarteten Datenübertragungsrate von rund 100 MB/s und entsprechend längerer Zugriffszeit. Dieses System dient dazu, Technologie, Prozesse und Integrationsfähigkeit in bestehende Speicherumgebungen unter realistischen Bedingungen zu testen. Pilotkunden sollen erstmals 2027 mit Lösungen beliefert werden.
• Für die mittelfristige Entwicklung (etwa 2027 bis 2028) plant Cerabyte eine Zwischenstufe mit deutlich höherer Rackdichte — im Bereich zweistelliger Petabytes pro Rack — sowie eine deutliche Verbesserung der Performance: geringere Zugriffszeiten und erhöhte Datenübertragungsraten.
• Das erklärte Ziel bis 2030 ist ambitioniert: Cerabyte will ein System anbieten, das bis zu 100 Petabyte pro Rack unterbringt, mit Datenraten von über 2 GB/s und einer Zeit bis zum ersten Byte (Time to First Byte, TTFB) von unter 10 Sekunden. Damit würde das System mit traditionellen Archiv- oder Bandsystemen nicht nur hinsichtlich Speicherkapazität, sondern auch Performance und Zugriffsfähigkeit konkurrieren.
• Langfristig reicht die Vision von Cerabyte sogar darüber hinaus: Mit der Weiterentwicklung der Schreib-/Lesetechniken — etwa durch den Einsatz von Partikelstrahlmatrizen statt Laser‑DMD‑Matrix — könnte die Technologie in den Exabyte‑Bereich pro Rack skalieren. Damit würde Cerabyte eine Speicherlösung anbieten, die auf große Hyperscaler‑ und Cloud‑Infrastrukturen zugeschnitten ist und den Schritt ins sogenannte Yottabyte-Zeitalter vorbereiten will.

Parallel dazu hat Cerabyte durch Förderung durch den European Innovation Council (EIC) Unterstützung erhalten — ein Hinweis darauf, dass die Technologie auch politisch und gesellschaftlich als relevant für nachhaltige, energieeffiziente und zukunftssichere Datenarchivierung angesehen wird

Potenzielle Hürden und Nachteile

So vielversprechend die Vision klingt, bei genauerer Betrachtung ergeben sich eine Reihe von Herausforderungen und Risiken, die aus technischer, wirtschaftlicher und organisatorischer Sicht abzuwägen sind:

• Technologie‑Reife: Obwohl Cerabyte einen funktionalen Demo‑Prototyp vorgelegt hat, ist derzeit noch kein massenmarktgerechtes Produkt verfügbar. Die Performance‑Angaben (Kapazität, Geschwindigkeit) für große Systeme beruhen auf Zielen und theoretischen Planungen, nicht auf nachprüfbaren, in Serie gefertigten Systemen. Das bedeutet, dass noch erhebliche Entwicklungs‑, Validierungs‑ und Produktionsschritte nötig sind, bevor eine breite kommerzielle Nutzung möglich ist.
• Produktion und Skalierbarkeit: Der Übergang von Prototypen zu großvolumiger Serienproduktion ist oft schwierig — auch wenn Keramik‑ und Glasbeschichtungen mit Displayglas‑Fertigungskapazitäten harmonieren (was Cerabyte als Vorteil nennt). Es bleibt fraglich, ob die benötigten Produktionskapazitäten, Qualitätskontrollen und Kosten im industriellen Maßstab realisierbar sind und ob die Herstellungskosten (Material, Fertigung, Qualitätsprüfung) tatsächlich deutlich unter denen klassischer Medien liegen. Darüber hinaus darf nicht vergessen werden, dass sich das Medium nur einmal beschreiben lässt.
• Marktakzeptanz: Auch wenn Cerabyte durch Investoren wie Western Digital – sowie durch weitere Partner und Investoren (zum Beispiel Pure Storage und In-Q-Tel) – Rückhalt bekommt, ist noch offen, ob große Anbieter von Cloud oder Archivdienstleistungen bereit sind, Infrastruktur umzubauen und neue Schnittstellen zu unterstützen. Integration in bestehende Workflows, Kompatibilität, Wartung und Langzeit-Support sind ungelöste Punkte.
• Risiko technischer oder wirtschaftlicher Verzögerungen: Ambitionierte Zeitpläne bei Startups führen häufig zu Verzögerungen — sei es durch technische Hürden (zum Beispiel bei der Herstellung, den Fehlerquoten und den Langzeittest), durch Finanzierungslücken oder durch Marktbedingungen. Daher besteht das Risiko, dass die gesetzten Ziele nicht fristgerecht oder in der geplanten Form erreicht werden.
• Kosten und Wirtschaftlichkeit: Selbst wenn die Speichersysteme funktionsfähig sind — die Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership, TCO), inklusive Anschaffung, Betrieb, Wartung, Energie, Kompatibilität und Ersatzteilbeschaffung — müssen für Unternehmen wirtschaftlich attraktiv sein. Ob die kalkulierten Einsparungen, beispielsweise durch Energieeffizienz und geringerem Platzbedarf, unter realen Betriebsbedingungen erreicht werden, ist derzeit unklar.

Rolle der EU und Förderungen

Ein wichtiger Aspekt bei Cerabytes Entwicklung ist die Unterstützung durch die EU: Das Projekt wurde durch den Europäischen Innovationsrat (EIC) als Förderprojekt ausgewählt und mit einem finanziellen Zuschuss versehen.

Das zeigt, dass die Technologie nicht nur als rein kommerzielle Innovation betrachtet wird, sondern auch als strategisch wichtig für Europas Zielsetzung, technologische und nachhaltige Speicherlösungen voranzutreiben, etwa im Rahmen von Initiativen zur digitalen Souveränität, nachhaltigen Rechenzentren und Energieeffizienz.

Gleichzeitig dürfte diese Förderung dabei helfen, die Entwicklung — von Prototypen über Demo‑Systeme bis hin zur Industrialisierung — zu finanzieren, was für ein Start-up in einem so hardware- und kapitalintensiven Bereich entscheidend sein kann.

Für mögliche Nutzer könnte das bedeuten, dass sie frühzeitig Beteiligungsmöglichkeiten oder Pilotprojekte angeboten bekommen und dass Cerabyte nicht allein durch private Investoren, sondern im Rahmen einer europäischen Strategie entsteht.

Zwischen Vision und Realität

Cerabyte und die Ceramic Nano Memory‑Technologie sind zweifellos ambitioniert und innovativ und machen die Kombination aus einem extrem langlebigen Medium, hoher theoretischer Speicherdichte und dem Ziel hoher Performance für viele Einsatzbereiche interessant, beispielsweise für Langzeitarchive, Cold Storage, Cloud Backups, Kulturdaten oder wissenschaftliche Langzeitdaten.

Gleichzeitig bleibt die Umsetzung mit erheblichen Herausforderungen behaftet: Produktion im großen Maßstab, Marktdurchdringung, Wirtschaftlichkeit und technische Reife sind noch nicht abgeschlossen. Für IT‑Entscheider heißt das: Die Technologie kann eine spannende Option für die Zukunft sein, aber aktuell ist sie eher als strategische, mittelfristige Investition zu betrachten, nicht als sofort einsatzbereite Standardlösung.

Letztlich ist Cerabyte nicht der einzige neuere Speicheransatz, den Unternehmen derzeit verfolgen, entwickeln und validieren. Microsoft arbeitet an seiner Quarzglaslösung Silica, andere Projekte sind DNA-Storage (oder molekularer Speicher) oder 5D optisches Storage. Das Unternehmen, das als erstes die Kriterien für Effizienz und Massenproduktion erfüllt, wird am wahrscheinlichsten das Rennen um den Speicher der Zukunft gewinnen.