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面对信息大爆炸时代,DNA能否掀起下一次存储革命?

  聚焦前沿科技创新与传统产业升级

  二十世纪以来,我们的数据存储方式从磁带、软盘和CD等介质进化到了能够在无数微型晶体管中保存数据的精密半导体存储芯片。

  但是,人类不断增加的数据会对存储方式带来新的压力,也将推动存储方式的持续变革,DNA或将在这一次变革中发挥重要作用。

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  信息大爆炸时代,何处安放数据?

  在摩尔定律之下,我们已经看到硅芯片存储容量呈指数级增长。然而,与此同时,人类产生新的数字信息的速度同样呈现出了爆发式增长状态。

截至2016年,数据用户每天生产超过440亿GB的数据。据IDC预测,到2025年,这一数字将超过4600亿GB,而全球当年产生的数据总量将达到160 ZB(160万亿GB)。
  截至2016年,数据用户每天生产超过440亿GB的数据。据IDC预测,到2025年,这一数字将超过4600亿GB,而全球当年产生的数据总量将达到160 ZB(160万亿GB)。

  另据预测,到2020年全球可能会有30亿到50亿的全球人口接入互联网,这些新增的互联网用户所产生的数据同样会面临大规模的增长。

  总之,我们或许很快就会生产出远超我们存储能力的更多数据。

虽然网络服务商与各大互联网公司都将从新增的数据节点与流量中获利巨大,但这也会对动则数千万甚至上亿美元的数据中心建设带来显著压力。
  虽然网络服务商与各大互联网公司都将从新增的数据节点与流量中获利巨大,但这也会对动则数千万甚至上亿美元的数据中心建设带来显著压力。

  去年,仅美国就花费了200亿美元用于新的数据中心建设,使数据中心建设的资本支出比2016年翻了一番。

  此外,自然界中很少有纯的存储器级硅元素,而研究人员预测它将在2040年被耗尽。

  随着利用DNA进行数据存储的新兴技术的出现,这些问题将会成为过去时。通过将数据编码进DNA的微小分子,在未来,我们可以将整个数据中心放入几瓶DNA中。

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  什么是DNA存储?

  那么,什么是DNA存储?

  DNA是由四个碱基:腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)和鸟嘌呤(G)的双螺旋链构建而成的。这些链一旦形成,就紧紧地折叠起来,形成非常密集、又节省空间的数据存储器。

  为了将数据文件编码到这些碱基中,我们可以使用各种算法,将二进制转换为碱基核苷酸:也就是将0和1转换为A、T、C、G,而“00”可以被编码为A;“01”编码为G,“10”编码C,“11”编码为T。

将数字编码转化为化学编码,这就是DNA数据存储最核心的奥秘。
  将数字编码转化为化学编码,这就是DNA数据存储最核心的奥秘。

  一旦编码,则可以通过具有特定碱基模式的合成DNA来存储信息,最终被编码的序列可存储在具有保质期长达数千年甚至上万年的小瓶子里。而从理论极限上来看,一克DNA就能存储2.15亿GB的数据。

  03

  应对挑战

  但是,在目前,数据编码的成本还非常昂贵,存储速度很慢,数据读取也难以实时。同时,数据的检索与读取(通过基因测序仪),特别是对大型数据库的随机访问如何不出错,也是科研机构和大公司正在攻克的问题。

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