DNA數(shù)據(jù)存儲可能聽起來很有未來感但它就在眼前

隨著全球生成的數(shù)據(jù)量繼續(xù)以驚人的速度增長，研究人員正在尋找能夠容納所有數(shù)據(jù)的超密集和超耐用存儲技術。例如，微軟正在研究使用激光將數(shù)據(jù)蝕刻到石英玻璃中或以全息圖形式將信息存儲在晶體內的可能性。磁帶存儲領域的新發(fā)展，目前檔案用例的主要選擇，也很有希望。

然而，一種新的存儲介質似乎具有所有必要的屬性：脫氧核糖核酸或DNA。研究人員發(fā)現(xiàn)，一克 DNA 能夠存儲 215 PB (220,000 TB) 的數(shù)據(jù)。

為了進一步了解使 DNA 存儲成為商業(yè)現(xiàn)實的工作，TechRadar Pro與去年由微軟、西部數(shù)據(jù)、Twist Bioscience 和 Ilumina 成立的 DNA 數(shù)據(jù)存儲聯(lián)盟進行了交談。

該聯(lián)盟的成立旨在提高對新興存儲技術的認識，并建立一套行業(yè)可以建立的標準和規(guī)范。

DNA 數(shù)據(jù)存儲是在合成的 DNA(脫氧核糖核酸)鏈上編碼和解碼二進制數(shù)據(jù)的過程。DNA 有幾個獨特的屬性，包括密度，它基本上可以免費復制，代碼將始終可讀，并且由于使用壽命長，隨著時間的推移，擁有成本將降低。此外，與當今的數(shù)字存儲相比，它可以顯著節(jié)省能源成本。

多年來，傳統(tǒng)存儲解決方案得到了廣泛的擴展，但支持當今主流檔案存儲解決方案的磁介質(HDD 和磁帶)的面積密度正在放緩，并且圖書館的規(guī)模變得越來越笨拙。簡而言之，數(shù)據(jù)增長速度超過了當今存儲解決方案的可擴展性。行業(yè)需要一種更密集、更耐用、更可持續(xù)且更具成本效益的新存儲介質，以應對歸檔數(shù)據(jù)的預期未來增長。

為了在 DNA 中存儲數(shù)據(jù)，原始(二進制)數(shù)字數(shù)據(jù)被編碼(從 1 和 0 映射到 DNA 堿基序列，ACGT)，然后寫入(使用化學/生物過程合成)并存儲。當再次需要存儲的數(shù)據(jù)時，讀取 DNA 分子(按順序顯示每個單獨的 ACG 或 T)并解碼(從 DNA 堿基重新映射回 1 和 0)。

寡核苷酸(DNA 的短片段)合成和測序錯誤可能引入的數(shù)據(jù)準確性存在一些擔憂。然而，與必須完美的醫(yī)療保健寡核苷酸合成不同，由于當今存儲中通常使用的糾錯算法，DNA 存儲可以容忍錯誤。DNA 數(shù)據(jù)存儲先驅已經(jīng)在致力于改進編碼/糾錯算法，這將降低這種風險并準確恢復數(shù)據(jù)。此外，成本、速度、物流和其他挑戰(zhàn)仍然是數(shù)據(jù)中心采用該技術的障礙。

DNA 數(shù)據(jù)存儲聯(lián)盟由 Illumina、Microsoft Research、Twist Bioscience 和 Western Digital 組成。我們的使命是創(chuàng)建和促進基于人造 DNA 作為數(shù)據(jù)存儲介質的可互操作的存儲生態(tài)系統(tǒng)。我們最初的目標是教育公眾并提高對這種新興技術的認識。此外，隨著商業(yè)上可行的 DNA 數(shù)據(jù)存儲的方法和工具得到更好的理解和更廣泛的應用，聯(lián)盟將考慮創(chuàng)建規(guī)范和標準(例如，編碼、物理接口、保留、文件系統(tǒng))以促進可互操作的基于 DNA 數(shù)據(jù)存儲的解決方案，補充現(xiàn)有的存儲層次結構。

DNA 存儲可能對數(shù)據(jù)中心行業(yè)產(chǎn)生什么影響?

除了顯著減少每隔幾年遷移數(shù)據(jù)的需要之外，DNA 是一種在功率、空間和可持續(xù)性方面本質上對環(huán)境友好的介質。當它被用作數(shù)據(jù)中心的主要檔案存儲介質時，它有可能改變數(shù)據(jù)中心的規(guī)模和總擁有成本，并且與傳統(tǒng)檔案存儲技術相比，它對地球資源的負擔顯著降低。

DNA 存儲需要克服的主要障礙是什么?

DNA合成和測序成本仍然相對較高，與目前使用的HDD或磁帶等檔案存儲介質相比，需要大幅降低成本才能大規(guī)模采用DNA數(shù)據(jù)存儲。此外，為這種新的存儲媒體市場做好準備的教育和建立信任也將是至關重要的，這就是 DNA 數(shù)據(jù)存儲聯(lián)盟成立的原因。

有哪些最新的研發(fā)創(chuàng)新使 DNA 存儲更接近現(xiàn)實?

由于 Twist Bioscience 將 DNA 合成過程小型化，成本繼續(xù)下降。其他公司正在尋求替代 DNA 合成方法，這兩種方法都可以實現(xiàn)大規(guī)模并行合成并降低成本。NGS 的成本和吞吐量也在不斷提高，這使得 DNA 數(shù)據(jù)檢索更有前景。此外，編解碼算法的開發(fā)也取得了成功。

我們正在處理什么樣的時間表?

DNA 數(shù)據(jù)存儲將在中期提供。要使其成為現(xiàn)實，還有更多的工作要做，并且有很大的前進動力。DNA 數(shù)據(jù)存儲的早期采用者可能是擁有一次寫入、永不讀取 (WORN) 或一次寫入、如果有過則很少讀取 (WORSE) 數(shù)據(jù)的應用程序。隨著技術的發(fā)展并在社區(qū)內獲得認可，市場將擴大和發(fā)展。

DNA 最有可能與哪些現(xiàn)有存儲技術競爭?

對云中長期數(shù)據(jù)存儲的需求達到了前所未有的水平?，F(xiàn)有的存儲技術無法為存儲長期存在的數(shù)據(jù)提供經(jīng)濟高效的解決方案。在云中以這種規(guī)模運行需要從根本上重新思考我們如何構建大規(guī)模存儲系統(tǒng)，以及支撐它們的底層存儲技術。

是否有任何其他正在開發(fā)的新興存儲技術同樣具有前景?

研究人員正在探索各種技術來支持這種演變，包括將數(shù)據(jù)存儲在合成 DNA、石英玻璃和其他可擴展的光學系統(tǒng)中。DNA 數(shù)據(jù)存儲在其特性和屬性方面是獨一無二的——人們可以認為它將啟用一個新的存儲層。