微軟展示黑科技：DNA存儲技術數據中心濃縮到方糖大小

知識 06-25

集思廣益，德藝雙馨

據科技網站Computerworld報道，微軟和華盛頓大學研究人員已經展示了利用人工合成DNA作為數據存儲介質的技術。研究人員表示，如果這一技術成熟到適合主流應用，裝備當今存儲密度最高的存儲設備、沃爾瑪超市般大小的數據中心，就可能「瘦身」到一塊方糖大小，「我們認為，考慮把DNA作為存儲介質，探索相關係統設計問題的時機已經成熟」

DNA存儲密度驚人

研究團隊成功地將4個圖片文件的數據編碼為人工合成DNA片段的核苷酸序列。更重要的是，他們能實現逆過程——從更大的DNA池中取回正確的核苷酸序列，重建圖像，而且沒有丟失1個位元組的信息。另一項試驗涉及對視頻文件的編碼和讀取

微軟展示黑科技：DNA存儲技術數據中心濃縮到方糖大小

DNA存儲技術

華盛頓大學計算機科學和技術副教授、論文共同作者路易斯·塞茲(Luis Ceze)在一份聲明中說，「生命產生了神奇的DNA，它能高效地存儲與基因和生命活動有關的所有信息，而且非常緊湊，非常『耐用』。我們將把DNA用於數據存儲——圖像、視頻、文檔，保存時間可以長達數百或數千年。」

DNA存儲技術研究進展神速

對DNA數據存儲技術的研究進展神速。1999年，研究人員利用DNA存儲技術編碼和恢復了一條長23個字母的信息。到2013年，歐洲分子生物學實驗室-歐洲生物信息學研究所的科學家，把美國黑人運動領袖馬丁·路德·金(Martin Luther King)《我有一個夢想》演講的mp3文件編碼在DNA中

研究人員在發表在《自然》上的論文中稱，這種編碼方法使得約一杯DNA能存儲至少1億小時的高清視頻

據英國研究人員稱，存儲在DNA鏈中的數據能保存數萬年

在DNA存儲技術中，讀取DNA相對簡單，主要障礙在於寫DNA。DNA存儲技術存在兩個難點：其一，目前的方法只能合成短鏈DNA；其二，寫和讀DNA都容易出錯

微軟和華盛頓大學研究人員稱，他們已經開發了「一種新穎的方法」，把數據中的「1」和「0」字元串轉換成DNA序列中的4種鹼基——腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)。

為了訪問存儲的數據，研究人員在DNA序列中編碼了相當於郵政編碼和街道地址的定址信息。聚合酶鏈反應(以下簡稱「PCR」)技術幫助研究人員更輕鬆地識別他們需要查找的「郵政編碼」

研究人員然後利用DNA測序技術，「讀取」數據，並通過利用「街道地址」對數據進行整理，將數據恢復成原來的視頻、圖像或文檔

研究人員表示，「DNA是一種有吸引力的潛在數據存儲介質」，理論上其存儲密度比磁帶高出8個量級，一個可以拿在手裡的磁帶盒存儲容量高達185TB

微軟和華盛頓大學研究人員也證實了人工合成DNA的「長壽」，稱即使在惡劣環境中其半衰期也超過500年，磁帶保存時間為10-30年，硬碟為3-5年

還不夠完美

美國研究人員強調了提高存儲密度的緊迫性。市場研究公司IDC和存儲設備廠商EMC在《The Digital Universe》研究論文中稱，到2020年，包含在全球計算機、歷史檔案、電影、照片、企業系統和移動設備中的數據量將達到44萬億GB，「是2013年的10倍。儘管並非所有信息都需要保存，但世界生成數據的速度快於存儲容量的增長」

要進入商用階段，DNA存儲系統還有一些問題需要解決。首先是DNA合成和測序還遠不夠完美，DNA存儲系統的一個關鍵部分是開發一種適當的編碼技術，通過增加冗餘度提高容錯能力

其次，DNA存儲系統中隨機存取數據還是個問題，讀取延遲遠長於寫入延遲。目前的技術只能批量讀取數據，即使只從存儲系統中訪問一個位元組的信息，系統也必須對整個DNA池進行測序和解碼

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