日益暴涨的数据无处可存，dna存储技术获突破，你体内的dna能存下整个宇宙-pg电子竞技平台

2022-11-02 17:10:13  信息编号：k225789  浏览次数：106

日本东京大学在《自然》杂志上发表了一项dna存储技术的新进展。

1、dna存储技术

所谓神经网络算法，其实就是一层一层的加减乘除和函数运算。要用化学方法来模拟神经网络算法的计算过程，研究人员需要三样东西，分别是：数据载体、算法载体、运算平台。

数据载体，就是试管里面的dna物质。

算法载体，就是生物酶。研究人员利用三种生物酶，它们各自的作用是：产生、剪切、降解dna物质。这三种酶可以理解成类似加减乘除这些算法的对应载体，用它们来一层一层地筛选dna物质。

运算平台，是一种生物芯片。将dna物质涂敷在芯片上，进而利用生物酶来跟dna物质产生反应，通过显微镜来观察反应的结果。这就好比是一台模拟计算机，在运算这个生物酶的神经网络算法。

通过这种方式，研究人员成功地从大量dna样品中定位了一些物质片段。研究人员表示，下一步，他们将尝试用这种方法，计算存储了真实数据的dna，比如图片数据、声音数据等等。

2、dna存储靠谱吗？

技术层面上来看，dna存储已经被证明是可行的。

用dna存储信息的想法可以追溯到分子生物学出现的时期。生物化学家frederick sanger发明了sanger测序法让dna序列可以测量，从此人类可以读出以代号为a、t、c、g，排列组合而成的核苷酸序列。既然0与1可以成为计算机语言，那么用dna序列传递特定信息同样有可能实现。不过在当时，合成一条10碱基的dna序列需要花费6000美元，虽然材料性能不错，价格过于高昂。

随着dna 合成和测序新技术的发展， dna 作为数字存储介质不再是天方夜谭。2001年，一个研究组将两句狄更斯的名言写入到dna序列中。用三个碱基代表一个英文字母，比如a=aaa， b=aac。2009年，有研究组成功将儿歌“玛丽有只小羊羔”的歌词、乐谱和一张图片编码到一组dna序列集合中。

dna存储的优势主要有两个。一是存储条件简单，对于 dna只要保持足够低的温度，数据就可以保存数千年，因此拥有成本几乎降至零；dna能够以远超电子设备装置的密度精准地装载海量数据。dna存储技术更适用于存储重要且无需经常访问、调用的“冷数据”。“冷数据”在接近零能耗的情况下，理论上来看可保存千年以上。在未来dna存储极有可能成为庞大冷数据存储的主要存储介质。

二是dna存储密度大，占地面积小，如果以 dna 的形式存储，每部制作的电影都可以存储在比方糖还小的空间中。哈佛大学 george church 及其同事于 2016 年在nature materials上发表的计算，简单细菌大肠杆菌的存储密度约为每立方厘米1019比特。在这样的密度下，一个边长约一米的 dna 立方体可以很好地满足世界当前一年的存储需求。从重量上看，每克dna的数据存储量能够达到215pb，约为2,2544,3840千兆字节（gb），相当于22万个1tb硬盘的数据存储量。

3、现有的存储媒介是否能够容纳如此之多的数据?

互联网数据中心发布的数据显示，目前的存储介质仅占全球生产数据总量的10%，尽管在预测阶段，即2021年至2025年，存储介质储量的年均增长率估计为19.2%，而能够存储的全球数据总量的比例将会逐年下降。因此，只能永久储存一部分生成的数据，而且有些人也要求删除所有未经分析和利用的数据。

dan本身的物理体积极小且又是立体结构，单位空间的数据密度非常高。举个简单的例子，1克dna不到指尖上一滴露珠大小，却能够储存700tb的数据，相当于1.4万张50gb容量的蓝光光盘，或233个3tb的硬盘（差不多151kg重）。一克dna便可以储存人类在一年内创造的所有知识，并且可以完整地将这些数据保存长达几千年的时间，而科学家也得以通过化石识别一匹生活在50多万年前的马的完整基因序列。

dna是以可轻松读取、录入和复制信息的链条形式的存在。dna的一个基本特征在于，它是一个极其庞大的数据库，这是其他任何人造存储介质都无法比拟的。通过使用dna存储技术，人类将在2025年产生的181zb的数据，便可以被压缩至相当于乒乓球的大小。据信，距离我们能在dna中存储如此之多的数据，可能只有10年的时间。

根据研究公司的预估，到2024年，将会有30%的公司尝试使用dna技术来储存数据，以缩减为解决数据加速增长、降低成本和能源使用等问题而找到pg电子娱乐平台的解决方案所需的时间，从而减少数据对环境的污染。

4、巨头背书的dna存储技术

纵使dna存储技术可能具有跨时代的意义，但是否能够真的被应用呢？对此，存储行业的巨头持积极态度。美光科技高级研究员兼副总裁 gurtej sandhu 是最早参与dna存储技术研究的项目组成员之一。他在2016年参与了哈佛大学george m. church的研究小组。希捷已经将catalog的dna存储技术引入其“片上实验室”。希捷的dna存储与微流体研究工程已经持续了两年半，目前已知的专利申请有四项。

这家与希捷合作的公司是成立于2016年美国初创公司，catalog曾经通过制作20-30个碱基对的dna片段，并将这些片段用酶缝合起来，通过不同的顺序排列，实现数据存储。catalog曾用dna技术存储了小说《银河系漫游指南》和诗歌《未走的路》。

存储巨头看好dna存储技术，但dna存储赛道上更多的是以生物技术为核心的初创公司。这一现象的核心原因是dna存储技术的底层关键技术其实是dna测序技术、dna合成技术和dna存储技术。

dna数据存储技术的主要公司除了与希捷合作的catalog还有美国创业公司iridia。iridia成立于2016年，旨在开发世界上第一个具有商业吸引力的基于dna的数据存储pg电子娱乐平台的解决方案。通过结合dna聚合物合成技术、电子纳米开关和半导体制造技术，公司正在开发一种高度并行的格式，以使纳米模块阵列具有以极高密度存储数据的潜力。

dna script成立于2014年，公司专注于使用专有的无模板技术制造合成dna。通过快速、经济和高质量的dna合成技术，大大加速新疗法、可持续化学品生产、改良作物以及数据存储等新应用的开发。公司特有的酶促技术和核苷酸化学合成平台，可以合成更高纯度的更长的dna序列，使序列的精确性提高500倍，合成速度更快，耗时缩短50倍。

molecular assemblies成立于2013年，公司开发的酶促dna合成技术，能够为工业合成生物学、个性化治疗、精确诊断，以及信息存储、纳米技术等领域的新产品提供动力。公司专有的dna合成方法旨在提供经济可靠、可持续地生产高质量、序列特异性的dna。

twist bioscience成立于2013年，公司致力于为医疗、农业、工业化学品和数据存储等领域的客户提供高通量的dna合成和测序服务。公司开发的基于半导体合成dna制造工艺，将反应体积减少100万倍，同时将产量提高1000倍，从而在单个硅片上全面合成9600个基因。2016年，微软与twist bioscience签订协议订购了约1000万条dna产品，用于测试dna数据存储能力。

dna测序公司主要有英国公司oxford nanopore technolog等。oxford nanopore technologies成立于 2005 年，旨在开发基于纳米孔科学的颠覆性电子单分子传感系统。oxford nanopore technologies开发了新一代传感技术，该技术使用纳米孔 - 纳米级孔 - 嵌入高科技电子设备中，进行全面的分子分析。

中国方面，2019年，华为宣布成立战略研究院，表示主要研发前沿技术，其中包括dna存储。2021年华为全球分析师大会上，华为董事、战略研究院院长徐文伟表示将要借助dna存储来突破超大存储空间模型和编码技术，打破容量墙。

2021年05月26日，中科碳元（深圳）生物科技有限公司（c-atom）正式成立。今年9月中科碳元依托中国科学院深圳先进技术研究院戴俊彪研究员团队前期在dna存储领域的积累，通过自主研发并拥有自主知识产权的dna在线编解码系统（简称“atom”），使用自主引进的合成仪及测序仪，成功完成了从编码、合成、保存、测序、到解码的dna存储技术路径完整流程。