微軟擬用DNA存儲數據：一段就能頂一個數據中心

5月24日消息，據Technologyreview報道，微軟公司旗下研究院的研究人員表示，在早期利用NDA存儲電影和文檔的研究基礎上，該公司正在研發利用生物學取代磁帶驅動器的存儲裝置。

微軟研究院的計算機架構師表示，該公司已經正式制定了一個目標，即在2020年之前，在數據中心內建立一個以DNA為基礎的操作存儲系統。微軟研究院架構師道格·卡米（Doug Carmean）說：「我們希望3年內實現這樣的願景，即在原始商業系統中的DNA上存儲相當於1個數據中心的數據量。」卡米還描述了最終設備的大小，它與20世紀70年代的施樂複印機差不多。在內部，微軟懷有更宏偉的目標，即利用生物學取代磁帶驅動器，這是一種用于歸檔信息的通用格式。卡米說：「我們希望把它命名為『DNA存儲"。」

這些計劃表明，許多科技公司正嚴肅地對待這個看似奇怪的想法，希望將視頻、照片或有價值的文檔保存在基因構成的分子中。Semiconductor Research Corporation首席科學家維克多·日爾諾夫（Victor Zhirnov）表示，努力增加計算機內存依然存在物理極限，而DNA卻擁有令人難以置信的密度，可用其存儲數據。

在DNA中，每部電影都被壓縮到比方糖更小的體積。日爾諾夫說：「DNA是宇宙中已知最密度最高的存儲介質，這就是為什麼人們會看重這種研究潛力的原因，我們正在解決存儲信息呈現指數增長的問題。」去年七月份，微軟公開宣稱它在DNA鏈中儲存了200兆位元組的數據，其中包括一段音樂視頻，創下了新的記錄。卡米與微軟研究院專家卡琳·斯特勞斯（Karin Strauss）、華盛頓大學計算機實驗室科學家路易斯·塞澤（Luis Ceze）在預印伺服器BioRxiv上發表論文，介紹了他們取得的進展。

利用DNA存儲數據的主要障礙仍然存在，將數字位轉換成DNA編碼（由A、G、C和T組成的核苷酸鏈）仍然費力而昂貴，因為製造DNA鏈需要漫長的化學過程。在其示範項目中，微軟使用了13448372個獨特的DNA片段。專家表示，在公開市場上購買這些材料要花80萬美元。哥倫比亞大學研究DNA存儲方法的教授雅尼弗·埃里奇(Yaniv Erlich)說：「用DNA存儲數據的主要問題是成本高昂，因此微軟方案最重要的地方是其是否能解決這個問題」。在閱讀卡米等人的論文後，埃里奇說：「我沒有看到幫助實現這個目標的任何進展，但也許他們還有更多新東西。」

微軟表示，DNA存儲成本需要下降10000倍後才可能被廣泛採用。雖然許多專家認為這是不可能的，但微軟堅信這種進步可能會發生，前提是計算機行業需要它。將數字數據寫入DNA的過程自動化也是至關重要的。根據數周的實驗顯示，卡米估計向DNA中轉存數據的速率是每秒400位元組。微軟表示，這個速度需要增加到每秒100兆位元組。

讀取數據變得越來越容易，通過使用高速測序機就可實現，包括召迴文件的特定部分，類似於計算機上的隨機存取存儲器。微軟認為，如果DNA閱讀獲得兩倍改進，就能促使該系統的效率滿足商業用途。由於寫入和檢索數據到DNA中非常緩慢，任何早期使用的技術將僅限於特殊情況。這可能是因為需要存檔的數據存在法律或監管原因，如警察機構的CAM視頻或醫療記錄。

微軟目前正與位於舊金山的DNA製造商Twist Bioscience合作，後者是新成立的公司，致力於提高DNA產量。除Twist Bioscience之外，其他類似公司還包括DNAScript、Nuclera Nucleics、Evonetix、Molecular Assemblies、Catalog DNA、Helixworks以及從Oxford Nanopore剝離出來的Genome Foundry。

有些初創公司正追求令人興奮的願景，即用一種使用酶的DNA代替40年的化學反應過程，就像我們自己的身體那樣。Technicolor Research的科學主管讓·伯洛特（Jean Bolot）說：「我相信今年會看到結果。」他的公司始終在與電影公司討論如何用DNA存儲。他說，1951年之前的半數電影因為存儲在電影膠片上而丟失。現在有了新的格式，如高清視頻和虛擬現實，正在擴大工作室保存這些作品的能力。

日爾諾夫表示，計算機晶元製造商非常看重DNA存儲技術，因為傳統媒介（如磁帶或硬碟）存儲數據總是存在物理限制。日爾諾夫所在的機構由微軟、英特爾以及其他機構資助，他們正進行應用研究，並從2013開始開始瞄準DNA。他說，認為DNA太「軟」的半導體專家們驚訝地發現，它比硅器件長100到1000倍。這種分子非常穩定，經常可以從猛獁象骨頭和遠古人類遺骸中提取到。

但其最重要的特徵是高密度性。DNA可以在1立方毫米的片段上容納100億億位元組信息。日爾諾夫說「密度才是最重要的」。微軟研究院發言人表示，該公司目前無法確認「產品計劃的具體細節」。在公司內部，DNA存儲的想法顯然得到許多人支持，但尚未被普遍接受。卡米說：「我們內部的人相信我們，但支持磁帶存儲的人還存在懷疑。」

除了質密耐用外，DNA存儲還有其他不被經常提到優勢，即與人類物種的極端相關性。想想那些你已經無法讀取的舊軟盤或難以辨認出象形文字的粘土片。與這些媒介不同的是，DNA永遠不會過時。卡米表示：「只要我們依然是人類，我們永遠都能讀取DNA。」

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