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把數(shù)據(jù)刻進DNA!海量信息存儲打開新思路

1個月前 來源:新華網(wǎng) 觀看:21

《經(jīng)濟參考報》6月9日刊發(fā)記者吳蔚、張漫子采寫的文章《科技未來時丨把數(shù)據(jù)刻進DNA!海量信息存儲打開新思路》。文章稱,近日,天津大學應用數(shù)學中心吳華明教授團隊研發(fā)了一種全新的DNA存儲系統(tǒng)——HELIX,并成功實現(xiàn)了60MB的醫(yī)學影像(時空組學)圖片信息的存儲與恢復。這是我國科研人員在DNA存儲領域取得的又一次新突破。此前,北京大學張成和錢瓏DNA存儲團隊首次提出了一種基于并行寫入策略的DNA存儲方法,利用分子活字印刷的方式,將大熊貓彩色照片存入表觀分子修飾中,實現(xiàn)了27.5萬比特的非傳統(tǒng)DNA存儲。7QU即熱新聞——關注每天科技社會生活新變化gihot.com

什么是DNA存儲?DNA存儲有哪些優(yōu)勢?業(yè)內(nèi)專家告訴記者,DNA存儲是一種利用人工合成的脫氧核糖核酸(DNA)作為信息載體的新型存儲技術,具有密度大、耗能低、無磨損和壽命長等潛在優(yōu)勢。7QU即熱新聞——關注每天科技社會生活新變化gihot.com

“理論上,僅1克DNA就能存儲約1000萬小時的高清視頻數(shù)據(jù),也許1公斤DNA便能裝下全世界的數(shù)據(jù)。”北京大學計算機學院副研究員張成說,“DNA分子的雙螺旋結構和自組裝特性,使其在甚小空間內(nèi)也可以緊湊排列,承載極高密度的信息。”此外,DNA的四種堿基(腺嘌呤A、胞嘧啶C、鳥嘌呤G和胸腺嘧啶T)的排列組合變化無窮,也就意味著它們可以編碼幾乎無限量的信息,使得DNA理論上具備比任何現(xiàn)有存儲設備更高的存儲容量。7QU即熱新聞——關注每天科技社會生活新變化gihot.com

DNA可以保存多久?最新答案是200萬年。近年科學家曾從格陵蘭島凍土中成功提取200萬年前的DNA序列,其中信息仍歷歷可辨。DNA存儲不僅存得久,而且存得牢,若能有效避免水分與紫外線的影響,DNA可以在數(shù)十萬年內(nèi)保持穩(wěn)定不變。更重要的是,DNA存儲額外耗能極低,理想保存環(huán)境與日常環(huán)境相差不大。要想在能源有限條件下實現(xiàn)數(shù)據(jù)的長期保存,DNA存儲堪稱首選。7QU即熱新聞——關注每天科技社會生活新變化gihot.com

如何把數(shù)據(jù)存入DNA?張成介紹,傳統(tǒng)的DNA存儲方法首先是將數(shù)據(jù)進行編碼,也就是將二進制數(shù)據(jù)按照設定好的編碼規(guī)則轉(zhuǎn)化為DNA序列;接下來,通過合成DNA分子實現(xiàn)存儲的信息寫入,即按照編碼的順序逐個加入堿基,以串行的方式合成DNA鏈;第三步就是存儲與讀取。7QU即熱新聞——關注每天科技社會生活新變化gihot.com

為什么需要研發(fā)DNA存儲技術?國家數(shù)據(jù)局發(fā)布的《全國數(shù)據(jù)資源調(diào)查報告(2024年)》顯示,2024年全國數(shù)據(jù)生產(chǎn)總量達41.06澤字節(jié)(ZB),同比增長25%。面對數(shù)據(jù)量的爆炸式增長,傳統(tǒng)存儲方式面臨容量有限、維護成本高、設備壽命短等諸多挑戰(zhàn),尋找新一代存儲介質(zhì)迫在眉睫。2022年,我國“十四五”規(guī)劃將DNA存儲列為與新一代移動通信技術、量子信息、第三代半導體等并列的新興技術。當前,作為未來產(chǎn)業(yè)的前沿方向之一,DNA存儲已形成以核心城市為引領、產(chǎn)學研聯(lián)動的多區(qū)域發(fā)展格局,北京、上海、天津、深圳等多地均有所布局。以北京市為例,今年北京將在未來信息、未來健康等六大領域持續(xù)發(fā)力,推動未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展全面提速,其中包括DNA存儲等前沿方向。7QU即熱新聞——關注每天科技社會生活新變化gihot.com

何時能用上DNA存儲?業(yè)內(nèi)專家告訴記者,DNA存儲的產(chǎn)業(yè)化落地道阻且長。“當前,DNA存儲還面臨存得貴、讀得慢等痛點。”張成表示,一是成本高昂,目前合成2MB的DNA數(shù)據(jù)需要約7000美元,讀取數(shù)據(jù)需要約2000美元,如果以DNA形式存儲1GB大小的電影,大約需要花費358萬美元;二是讀寫速度太慢,以目前的技術,在合成DNA時每添加一個堿基都需要多個操作環(huán)節(jié),尚無法滿足日常簡單的實時數(shù)據(jù)存儲需求;三是讀取環(huán)節(jié)準確率不高,例如寫入過程可能出現(xiàn)不正確的修飾等錯誤,讀取時也可能因測序誤差導致還原數(shù)據(jù)不準確等狀況。7QU即熱新聞——關注每天科技社會生活新變化gihot.com

正因如此,科研人員正在加快底層核心技術突破,研發(fā)新型DNA存儲技術,以期推動DNA存儲產(chǎn)業(yè)化。例如,2024年北大DNA存儲團隊提出的并行寫入策略DNA存儲方法,并不依賴于傳統(tǒng)的“從頭合成”寫入路線原理,而是利用甲基修飾比特編碼信息,將信息并行地打印在DNA分子之上。相關技術不僅為實現(xiàn)快速、低成本的大規(guī)模分子數(shù)據(jù)存儲奠定了基礎,還為未來DNA存儲的發(fā)展提供了全新思路。7QU即熱新聞——關注每天科技社會生活新變化gihot.com

“DNA存儲要實現(xiàn)商業(yè)化應用,還需在底層技術層面進一步取得突破,從而在降低成本、提高速度、提升準確率等多個方面取得跨越進展。”張成表示。7QU即熱新聞——關注每天科技社會生活新變化gihot.com

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