DNA存储技术催生方糖大小的数据中心_医疗健康

2016

04/13

14:57

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据科技网站Computerworld报道，微软和华盛顿大学研究人员已经展示了利用人工合成DNA作为数据存储介质的技术。研究人员表示，如果这一技术成熟到适合主流应用，装备当今存储密度最高的存储设备、沃尔玛超市般大小的数据中心，就可能“瘦身”到一块方糖大小，“我们认为，考虑把DNA作为存储介质，探索相关系统设计问题的时机已经成熟”。

研究团队成功地将4个图片文件的数据编码为人工合成DNA片段的核苷酸序列。更重要的是，他们能实现逆过程——从更大的DNA池中取回正确的核苷酸序列，重建图像，而且没有丢失1个字节的信息。另一项试验涉及对视频文件的编码和读取。

华盛顿大学计算机科学和技术副教授、论文共同作者路易斯·塞兹（Luis Ceze）在一份声明中说，“生命产生了神奇的DNA，它能高效地存储与基因和生命活动有关的所有信息，而且非常紧凑，非常‘耐用’。我们将把DNA用于数据存储——图像、视频、文档，保存时间可以长达数百或数千年。”

DNA存储技术研究进展神速

对DNA数据存储技术的研究进展神速。1999年，研究人员利用DNA存储技术编码和恢复了一条长23个字母的信息。到2013年，欧洲分子生物学实验室-欧洲生物信息学研究所的科学家，把美国黑人运动领袖马丁·路德·金（Martin Luther King）《我有一个梦想》演讲的mp3文件编码在DNA中。

研究人员在发表在《自然》上的论文中称，这种编码方法使得约一杯DNA能存储至少1亿小时的高清视频。

据英国研究人员称，存储在DNA链中的数据能保存数万年。

在DNA存储技术中，读取DNA相对简单，主要障碍在于写DNA。DNA存储技术存在两个难点：其一，目前的方法只能合成短链DNA；其二，写和读DNA都容易出错。

微软和华盛顿大学研究人员称，他们已经开发了“一种新颖的方法”，把数据中的“1”和“0”字符串转换成DNA序列中的4种碱基——腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）。

为了访问存储的数据，研究人员在DNA序列中编码了相当于邮政编码和街道地址的寻址信息。聚合酶链反应（以下简称“PCR”）技术帮助研究人员更轻松地识别他们需要查找的“邮政编码”。

研究人员然后利用DNA测序技术，“读取”数据，并通过利用“街道地址”对数据进行整理，将数据恢复成原来的视频、图像或文档。

研究人员表示，“DNA是一种有吸引力的潜在数据存储介质”，理论上其存储密度比磁带高出8个量级，一个可以拿在手里的磁带盒存储容量高达185TB。

微软和华盛顿大学研究人员也证实了人工合成DNA的“长寿”，称即使在恶劣环境中其半衰期也超过500年，磁带保存时间为10-30年，硬盘为3-5年。

还不够完美

美国研究人员强调了提高存储密度的紧迫性。市场研究公司IDC和存储设备厂商EMC在《The Digital Universe》研究论文中称，到2020年，包含在全球计算机、历史档案、电影、照片、企业系统和移动设备中的数据量将达到44万亿GB，“是2013年的10倍。尽管并非所有信息都需要保存，但世界生成数据的速度快于存储容量的增长”。

要进入商用阶段，DNA存储系统还有一些问题需要解决。首先是DNA合成和测序还远不够完美，DNA存储系统的一个关键部分是开发一种适当的编码技术，通过增加冗余度提高容错能力。

其次，DNA存储系统中随机存取数据还是个问题，读取延迟远长于写入延迟。目前的技术只能批量读取数据，即使只从存储系统中访问一个字节的信息，系统也必须对整个DNA池进行测序和解码。

研究人员已经提出了改进随机数据存取的方法，即利用PCR只扩增希望读取的数据，并对相应的DNA序列测序。这种方法既能提高数据读取速度，也无需对整个DNA池进行测序。

塞兹称，“这是我们在数据存储方面向大自然学习的一个范例。”

来源：威锋网

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