用DNA存儲(chǔ)數(shù)據(jù)

用DNA存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，5月24日消息，Technologyreview報(bào)道稱，微軟公司旗下研究院的研究人員表示，在早期利用NDA存儲(chǔ)電影和文檔的研究基礎(chǔ)上，該公司正在研發(fā)利用生物學(xué)取代磁帶驅(qū)動(dòng)器的存儲(chǔ)裝置。

微軟研究院的計(jì)算機(jī)架構(gòu)師表示，該公司已經(jīng)正式制定了一個(gè)目標(biāo)，即在2020年之前，在數(shù)據(jù)中心內(nèi)建立一個(gè)以DNA為基礎(chǔ)的操作存儲(chǔ)系統(tǒng)。微軟研究院架構(gòu)師道格·卡米（Doug Carmean）說：“我們希望3年內(nèi)實(shí)現(xiàn)這樣的愿景，即在原始商業(yè)系統(tǒng)中的DNA上存儲(chǔ)相當(dāng)于1個(gè)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)量?！笨走€描述了最終設(shè)備的大小，它與20世紀(jì)70年代的施樂復(fù)印機(jī)差不多。在內(nèi)部，微軟懷有更宏偉的目標(biāo)，即利用生物學(xué)取代磁帶驅(qū)動(dòng)器，這是一種用于歸檔信息的通用格式?？渍f：“我們希望把它命名為‘DNA存儲(chǔ)'?！?/p>

這些計(jì)劃表明，許多科技公司正嚴(yán)肅地對待這個(gè)看似奇怪的想法，希望將視頻、照片或有價(jià)值的文檔保存在基因構(gòu)成的分子中。Semiconductor Research Corporation首席科學(xué)家維克多·日爾諾夫（Victor Zhirnov）表示，努力增加計(jì)算機(jī)內(nèi)存依然存在物理極限，而DNA卻擁有令人難以置信的密度，可用其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

在DNA中，每部電影都被壓縮到比方糖更小的體積。日爾諾夫說：“DNA是宇宙中已知最密度最高的存儲(chǔ)介質(zhì)，這就是為什么人們會(huì)看重這種研究潛力的原因，我們正在解決存儲(chǔ)信息呈現(xiàn)指數(shù)增長的問題?！比ツ昶咴路?，微軟公開宣稱它在DNA鏈中儲(chǔ)存了200兆字節(jié)的數(shù)據(jù)，其中包括一段音樂視頻，創(chuàng)下了新的記錄?？着c微軟研究院專家卡琳·斯特勞斯（Karin Strauss）、華盛頓大學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家路易斯·塞澤（Luis Ceze）在預(yù)印服務(wù)器BioRxiv上發(fā)表論文，介紹了他們?nèi)〉玫倪M(jìn)展。

利用DNA存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的主要障礙仍然存在，將數(shù)字位轉(zhuǎn)換成DNA編碼（由A、G、C和T組成的核苷酸鏈）仍然費(fèi)力而昂貴，因?yàn)橹圃霥NA鏈需要漫長的化學(xué)過程。在其示范項(xiàng)目中，微軟使用了13448372個(gè)獨(dú)特的DNA片段。專家表示，在公開市場上購買這些材料要花80萬美元。哥倫比亞大學(xué)研究DNA存儲(chǔ)方法的教授雅尼弗·埃里奇(Yaniv Erlich)說：“用DNA存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的主要問題是成本高昂，因此微軟方案最重要的地方是其是否能解決這個(gè)問題”。在閱讀卡米等人的論文后，埃里奇說：“我沒有看到幫助實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的任何進(jìn)展，但也許他們還有更多新東西。”

微軟表示，DNA存儲(chǔ)成本需要下降10000倍后才可能被廣泛采用。雖然許多專家認(rèn)為這是不可能的，但微軟堅(jiān)信這種進(jìn)步可能會(huì)發(fā)生，前提是計(jì)算機(jī)行業(yè)需要它。將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)寫入DNA的過程自動(dòng)化也是至關(guān)重要的。根據(jù)數(shù)周的實(shí)驗(yàn)顯示，卡米估計(jì)向DNA中轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)的速率是每秒400字節(jié)。微軟表示，這個(gè)速度需要增加到每秒100兆字節(jié)。

讀取數(shù)據(jù)變得越來越容易，通過使用高速測序機(jī)就可實(shí)現(xiàn)，包括召回文件的特定部分，類似于計(jì)算機(jī)上的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。

微軟認(rèn)為，如果DNA閱讀獲得兩倍改進(jìn)，就能促使該系統(tǒng)的效率滿足商業(yè)用途。由于寫入和檢索數(shù)據(jù)到DNA中非常緩慢，任何早期使用的技術(shù)將僅限于特殊情況。這可能是因?yàn)樾枰鏅n的數(shù)據(jù)存在法律或監(jiān)管原因，如警察機(jī)構(gòu)的CAM視頻或醫(yī)療記錄。

微軟目前正與位于舊金山的DNA制造商Twist Bioscience合作，后者是新成立的公司，致力于提高DNA產(chǎn)量。除Twist Bioscience之外，其他類似公司還包括DNAScript、Nuclera Nucleics、Evonetix、Molecular Assemblies、Catalog DNA、Helixworks以及從Oxford Nanopore剝離出來的Genome Foundry。

有些初創(chuàng)公司正追求令人興奮的愿景，即用一種使用酶的DNA代替40年的化學(xué)反應(yīng)過程，就像我們自己的身體那樣。Technicolor Research的科學(xué)主管讓·伯洛特（Jean Bolot）說：“我相信今年會(huì)看到結(jié)果?！彼墓臼冀K在與電影公司討論如何用DNA存儲(chǔ)。他說，1951年之前的半數(shù)電影因?yàn)榇鎯?chǔ)在電影膠片上而丟失?，F(xiàn)在有了新的格式，如高清視頻和虛擬現(xiàn)實(shí)，正在擴(kuò)大工作室保存這些作品的能力。

日爾諾夫表示，計(jì)算機(jī)芯片制造商非常看重DNA存儲(chǔ)技術(shù)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)媒介（如磁帶或硬盤）存儲(chǔ)數(shù)據(jù)總是存在物理限制。日爾諾夫所在的機(jī)構(gòu)由微軟、英特爾以及其他機(jī)構(gòu)資助，他們正進(jìn)行應(yīng)用研究，并從2013開始開始瞄準(zhǔn)DNA。他說，認(rèn)為DNA太“軟”的半導(dǎo)體專家們驚訝地發(fā)現(xiàn)，它比硅器件長100到1000倍。這種分子非常穩(wěn)定，經(jīng)常可以從猛犸象骨頭和遠(yuǎn)古人類遺骸中提取到。

但其最重要的特征是高密度性。DNA可以在1立方毫米的片段上容納100億億字節(jié)信息。日爾諾夫說“密度才是最重要的”。微軟研究院發(fā)言人表示，該公司目前無法確認(rèn)“產(chǎn)品計(jì)劃的具體細(xì)節(jié)”。在公司內(nèi)部，DNA存儲(chǔ)的想法顯然得到許多人支持，但尚未被普遍接受?？渍f：“我們內(nèi)部的人相信我們，但支持磁帶存儲(chǔ)的人還存在懷疑?！?/p>

除了質(zhì)密耐用外，DNA存儲(chǔ)還有其他不被經(jīng)常提到優(yōu)勢，即與人類物種的極端相關(guān)性。想想那些你已經(jīng)無法讀取的舊軟盤或難以辨認(rèn)出象形文字的粘土片。與這些媒介不同的是，DNA永遠(yuǎn)不會(huì)過時(shí)?？妆硎荆骸爸灰覀円廊皇侨祟?，我們永遠(yuǎn)都能讀取DNA?！?/p>