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(shù)。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(nèi)的可能性。磁帶存儲領(lǐng)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(zhì)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(shù)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(zhì)(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(zhì)，以應(yīng)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(qū)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(shù)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(zhì)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(shù)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(yīng)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(jié)構(gòu)。

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(zhì)上對環(huán)境友好的介質(zhì)。當它被用作數(shù)據(jù)中心的主要檔案存儲介質(zhì)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(shù)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(zhì)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(guān)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(yīng)用程序。隨著技術(shù)的發(fā)展并在社區(qū)內(nèi)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(shù)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(shù)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?nèi)绾螛?gòu)建大規(guī)模存儲系統(tǒng)，以及支撐它們的底層存儲技術(shù)。

是否有任何其他正在開發(fā)的新興存儲技術(shù)同樣具有前景?

研究人員正在探索各種技術(shù)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。