影响未来10年的黑科技：DNA数据存储吸引微软、Illumina等15家结盟

2020-11-20 10:12| 编辑: 归去来兮| 查看: 1469| 评论: 0|来源: 基因慧 | 作者：Barney

摘要: 5G和量子计算等计算技术快速发展同时，有一个问题日益严重，到2040年数据存储可能不够用了——亟需信息密度更高的存储介质，例如比硬盘存储信息密度高效一百万倍的DNA，这吸引到微软联合Illumina等15家机构在11月成 ...

5G和量子计算等计算技术快速发展同时，有一个问题日益严重，到2040年数据存储可能不够用了——亟需信息密度更高的存储介质，例如比硬盘存储信息密度高效一百万倍的DNA，这吸引到微软联合Illumina等15家机构在11月成立DNA数据存储联盟。DNA数据存储，这项黑科技已经被研究了50多年，近年得到加速，将影响未来10年的IT和BT格局。

图1（来源/YOSHI SODEOKA）

2011年2月16日，一个略显阴沉的星期三，在德国汉堡市的一家旅馆酒吧里，来自欧洲生物信息研究所的Nick Goldman与他的朋友正在为一个问题讨论得面红耳赤，结束后，大家都感到非常沮丧。是什么问题呢？

如何负担起在世界各地的海量基因组数据昂贵的存储？而且，存储可能很快就不够用了。

Goldman记得那天，他们甚至开始对“科幻的替代品”DNA开起开玩笑：为什么我们不用DNA来存储DNA信息呢？

这在当时只是一个玩笑话，后来就不只是玩笑，而是——科幻照进现实。

大数据存储即将不够用了

随着互联网以及5G等技术的发展，全球37亿互联网用户每天产生约数亿GB级数据。根据Nature报道，2020年，全球数字信息容量估计将达到44万亿GB，是2013年的10倍；到2040年，如果所有内容都实现即时访问，存储（基于闪存）将消耗的微芯片级硅是预期供应量的10–100倍。

图2：数据存储的能力远远赶不上数据生产的速度

（来源/Twist, IDC）

因为硅存储信息的密度有限，也就不难理解为什么目前数据的永久性存储还是用老式的磁带。虽然磁带存储的信息密度比硬盘大很多，但有另外两个问题：读起来非常慢，而且特别耗电。

美国计算神经科学家David Markowitz表示，一个EB（百万GB）级别数据中心如果使用磁带，每年的建设和维护费用将需要1亿美元，以及耗电千万度级别，因此磁带存储不可持续。

那么，数据存储的未来将是什么？解决方案是DNA数据存储。

从物理层面，DNA是宇宙中信息密度最高的已知存储介质，信息密度是硬盘的一百万倍，是闪存的一千倍，单位耗电量仅为亿分之一。此外，由于DNA的稳定性，目前从70万年前的古DNA（2013年，马基因组）中仍可进行测序解读，其存储时效远非其他介质可比拟。

图3：存储介质的对比

（来源/doi:10.1038/537022a）

David Markowitz认为，如果用DNA来存储数据，全世界的存储需求用1千克的DNA就可以满足（信息封装密度以大肠杆菌的基因为标准）。

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