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1公斤DNA就能存储全球数据!未来人体就是行走的超级“硬盘”

作者:时间:2020-06-16 08:46浏览:

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未来一定是一个数据爆破的年代!

5G、物联网和人工智能等信息技能的快速开展,使得信息量呈指数级增加。依据国际组织IDC猜测,全球数据发生量将从2018年的33ZB快速增加至2025年的175ZB,1ZB约相当于10亿TB(太字节)的数据量存储。

这有多恐惧呢?举个很简单的比方:数据单位从小到大分别为KB、MB、GB、TB、PB、EB再到ZB,假设将1ZB文件加载到1TB硬盘中,则需求转化大约10亿个1TB硬盘。假设它是衔接的,那么绕地球旋转两次都足够了!

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但是现在的存储技能却彻底满意不了未来的需求。

正是在新一轮数字激流喷薄而出的布景下,DNA存储数据这一思路被提出来。DNA存储技能作为未来潜在的无限存储方法,或将翻开数据存储的新纪元。

DNA是怎么完结数据存储的?

DNA存储是一种相对于传统存储设备的生物存储技能。它是一种用人工组成的脱氧核糖核酸(DNA)存储文本文档、图片和声响文件等数据,随后完好读取的技能。

其原理自身并不杂乱!

咱们知道,电脑上存储的数据是依据电压的高和低代表0和1来表明的,每一个数字、字符和标点符号都由仅有的一串01组合来构成。比方小写字母“e”的代码是:01100101,因而,任何数字化的内容(视频,图片,文字)本质上都只是一串串的0和1罢了。

那么,DNA的存储原理实际上便是把原本这些用0和1来表明的内容,换成用碱基:A,C,G,T来表明,这是一个从数字信号到化学信号的进程。并且因为碱基有四个,比较起原本的0和1,咱们可以用来多表明两个状况,比方,咱们可以假定用A代表00,C代表01,G代表10,T代表11。一个原本要用8bit代表的字符用DNA编码的话,只需求用4个化学碱基,比方上面的小写字符「e」编码成为DNA序列便是:CGCC。

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DNA可以以远超越电子设备的密度准确存储很多数据。依据《新科学家》杂志报导,1克DNA理论上带着有455EB的数据。在这样的密度下,1kg DNA就能贮存全球数据。

在使用场景上,DNA存储大约可以分为以下几类:

1. 归档场景,其间美国国家图书馆、维基百科、Google有志愿将材料备份在DNA存储上;

2. 在军事用处使用中,可以经过人体带着DNA数据,有了DNA存储技能,咱们人体便是“云硬盘”;

3. 在个人使用中,未来个人可以随身带着超大容量的DNA USB数据盘。

并且相较于传统的硬盘、存储器等存储介质,DNA存储还具有以下优势:

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(图为现在常见存储产品方法)

DNA存储优势初现,引领企业争比较赛

DNA存储尽管作为一个比较新的概念,但却早已不是“PPT产品”。

早在2012年,哈佛大学研讨人员就用DNA贮存了一本五万字的图书。2016年,哈佛大学医学院也第一次使用这样的技能把这一张“奔驰的快马”的Gif放进了活大肠杆菌的DNA里,并且还能从头测序并解码出来。

同样是2016年,华盛顿大学和微软研讨院的团队,他们更进了一步,把莎士比亚的十四行诗、马丁?路德金的讲演原声、医学论文等材料合计739KB的数据编码成了DNA序列,并存储起来,这个技能以此为符号取得了巨大的前进。

2019年年头,微软宣告在概念验证测验中,微软现已演示了第一个全自动DNA数据存储系统。这将是 DNA 存储技能从实验室走向商业数据中心的关键步骤。

正如微软所说,“假设组成 DNA作为存储手法可以完结的话,那么组成DNA的本钱和提取信息的测序进程本钱都需求降下来。”这些进程自动化,对下降组成 DNA 存储信息的本钱极为重要。

在研讨的一起,一些企业也环绕DNA存储技能赶紧推出商业服务。

其间美国草创企业Catalog在2019年宣告,他们现已把维基百科英文版的一切文本,总共16GB,塞进了和咱们人类身体相同的DNA分子里。据悉,Catalog具有自己的设备,可以每秒4MB的速度将数据写入DNA中。技能优化应该将这个速度进步两倍,让人们在一天内记载125GB内存的数据,这大约相当于一部高端手机的存储容量。

此外,全球还有这些企业在DNA存储范畴“逐鹿中原”:

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尽管我国在DNA存储技能范畴刚刚起步,企业或高校的研讨水平现在都不杰出,但也有某些企业开端将目光转向DNA存储技能。 姑苏泓迅生物科技有限公司是一家专心于组成生物学的DNA技能公司,该公司在DNA存储技能范畴申请了2件相关专利,有自主知识产权的编码转制软件,准确、快速的大规模和高通量的组成DNA序列,使用于下一代的信息存储。

别的,上海吐露港生物科技有限公司与上海生命科学院于2018年在《ACS组成生物学》上一起宣布了一篇关于辅佐的DNA隐写术对DNA编码信息的贮存和搬运的安全处理的文章。 该研讨结果可以奇妙地使用Cas12a的trans切开特性,对DNA数据进行加密。

大数据蓝海将催生DNA存储新纪元

DNA存储是在处理海量数据存储的布景下应运而生的。而大数据的蓬勃开展必将为DNA存储带来宽广空间。

依据IDC发布的白皮书显现:每年被创立、收集或是仿制的数据调集便是全球数据圈,2018 至 2025 年全球数据圈将增加5倍以上。IDC猜测,全球数据圈将从2018年的33ZB增至 2025年的175ZB。到时不只将会对全球数据中心的建造发生影响,一起也会对数据的存储建议应战。

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此外,从数据量和存储空间来看,在2018年,全球已装置的存储容量为 5.0ZB,到2025年估计到时全球容量大约为16.5ZB。这与全球2025年将发生175ZB的数据量比较,远远不够。

而我国存储商场将首先享受到海量数据带来的盈利。

IDC发布的白皮书显现:我国数据圈增速最为敏捷,均匀每年的增加速度比全球快 3%。2018 年,我国数据圈占全球数据圈的23.4%,即7.6ZB。估计到2025年将增至 48.6ZB,占全球数据圈的 27.8%,我国将成为全球最大的数据圈。

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从不同存储类型的存储容量增加状况来看,即便电影和音乐从DVD 和CD 迁移到流媒体,在我国商场,磁盘和光碟仍将持续发挥重要作用。但随着数据的爆破式增加,可以预见的是这部分商场将被首先被替代。

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从研发到商业落地,DNA存储的技能瓶颈亟待打破

DNA存储要想完结从研发到商业化的富丽回身,就必须打破现有的技能瓶颈。

其间数据的输入和读取功率一直是阻止DNA 贮存技能商业化的最大瓶颈之一,今年年头微软初次完结了全自动 DNA 信息存储,仅仅是编码“hello”五个字母,从转化到读取就要花费 21 小时。但在现有技能下,这现已算是非常快的速度了。

其次,与现在几百块的硬盘比较,本钱高企也是现在DNA存储的“阿克琉斯之踵”。据早前《Wired》杂志报导,存储一分钟立体声响所需150 万对碱基对,本钱约为10万美元。假设本钱不能大幅下降,那么将无法进入有用环节。

现阶段下,假设DNA存储可以处理这些瓶颈,那么距它迎来高光时间也就不远了。

从结绳记事到竹简纸张,从计算机存储到光盘刻录,人类从未中止寻求愈加高效快捷的信息存储方法,信息存储方法的革新很大程度上也刻画着咱们获取信息和认知国际的方法。

而DNA存储作为未来潜在的无限存储方法将大有可为!

参考材料:

https://zhuanlan.zhihu.com/p/33974445

https://www.seagate.com/files/www-content/our-story/trends/files/data-age-china-regional-idc.pdf

http://www.xinhuanet.com/tech/2020-03/20/c_1125739096.htm

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