Η ανθρωπότητα είναι εξαιρετική στο να δημιουργεί πράγματα, αλλά υπάρχει ένα πράγμα που το είδος μας δημιουργεί περισσότερο από οτιδήποτε άλλο: πληροφορίες.
Περιεχόμενα
- Εγχειρίδιο οδηγιών της φύσης
- Εκπληκτικές δυνατότητες σε εφιαλτική τιμή
- Χτίζοντας έναν καλύτερο υπολογιστή μέσω της φύσης
- Μια επανάσταση στον ορίζοντα
Το 2013, μια μελέτη κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το 90 τοις εκατό όλων των παγκόσμιων δεδομένων είχαν δημιουργηθεί τα προηγούμενα δύο χρόνια, και ωστόσο αυτή η ποσότητα εξακολουθεί να φαίνεται μικρή σε σύγκριση με τα τελευταία χρόνια. Το 2017 δημιουργήθηκαν 26 zettabyte (ένα zettabyte = ένα δισεκατομμύριο terabytes) δεδομένων, τα οποία είναι περισσότερα από όλα όσα δημιουργήθηκαν τα έτη 2010-2013 μαζί.
Σύμφωνα με α έκθεση που δημοσιεύθηκε το 2019, καθημερινά μοιραζόμαστε 95 εκατομμύρια φωτογραφίες και βίντεο στο Instagram, δημοσιεύουμε 500 εκατομμύρια tweets στο Twitter και στέλνουμε 294 δισεκατομμύρια email. Ενώ το Διαδίκτυο μπορεί να φαίνεται αιθέριο, όλα αυτά τα δεδομένα πρέπει να αποθηκεύονται φυσικά, σε σκληρούς δίσκους και διακομιστές σε όλο τον κόσμο. Το πρόβλημα είναι ότι αυτά τα παραδοσιακά μέσα αποθήκευσης δεδομένων πιθανότατα δεν μπορούν να συμβαδίσουν με την αναμενόμενη πλημμύρα δεδομένων την επόμενη δεκαετία.
Προτεινόμενα βίντεο
Ποια είναι η λύση; Ο σκληρός δίσκος του μέλλοντος θα μπορούσε στην πραγματικότητα να είναι κάτι πολύ παλιό, κάτι που υπάρχει μέσα σε κάθε άτομο που διαβάζει αυτό: DNA.
Εγχειρίδιο οδηγιών της φύσης
Το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ, ή DNA, είναι το μόριο που υπαγορεύει πώς αναπτύσσεται ένας οργανισμός. Ένα μόριο DNA περιέχει τέσσερις βάσεις αζώτου - αδενίνη (Α), θυμίνη (Τ), γουανίνη (G) και κυτοσίνη (C) - και την αλληλουχία από αυτές τις βάσεις σχηματίζουν οδηγίες για το πώς πρέπει να αναπτύσσονται τα κύτταρα, επηρεάζοντας πράγματα όπως το χρώμα των μαλλιών και των ματιών, το ύψος κ.λπ επί. Το DNA είναι ουσιαστικά το εγχειρίδιο οδηγιών για την κατασκευή ενός σώματος.
Το DNA μπορεί επίσης να περιέχει μια εκπληκτική ποσότητα πληροφοριών: 215 petabyte (1 petabyte είναι περίπου 100 εκατομμύρια gigabyte) δεδομένων σε ένα μόνο γραμμάριο. Το ίδιο εντυπωσιακή είναι και η μακροζωία του. Τα παραδοσιακά μέσα όπως η μαγνητική ταινία και η μνήμη flash τείνουν να υποβαθμίζονται, είτε μέσω της επαναλαμβανόμενης χρήσης είτε μέσω του χρόνου. Το DNA αποικοδομείται επίσης, αλλά με σημαντικά πιο αργό ρυθμό: Ανάλογα με τις συνθήκες αποθήκευσης, μπορεί να διαρκέσει χιλιάδες, ή ακόμα και δεκάδες χιλιάδες χρόνια.
Εισαγωγή στην αποθήκευση δεδομένων με βάση το DNA και τον ΚΑΤΑΛΟΓΟ
Δεν αποτελεί έκπληξη, λοιπόν, το γεγονός ότι οι ερευνητές βλέπουν το σύστημα αποθήκευσης της φύσης ως ένα δοχείο για την ανελέητη ροή πληροφοριών του κόσμου.
«Σχεδόν κάνει τον κύκλο του», λέει ο Hyunjun Park, Διευθύνων Σύμβουλος της Catalog, μιας εταιρείας που κατασκευάζει μια πλατφόρμα για αποθήκευση με βάση το DNA. «Επιστρέφουμε στη φύση για να αντλήσουμε έμπνευση για να αναπτύξουμε αυτό το μέσο».
Η Catalog είναι μια από τις εταιρείες στην αιχμή αυτής της τεχνολογίας, δημιουργώντας μια πλατφόρμα αποθήκευσης βασισμένη στο DNA που μπορεί να φιλοξενήσει τα ολοένα και μεγαλύτερα αρχεία του 5G, εποχή υψηλής ευκρίνειας.
Εκπληκτικές δυνατότητες σε εφιαλτική τιμή
Η ιδέα της αποθήκευσης δεδομένων στο DNA προτάθηκε τη δεκαετία του '60 από τον Σοβιετικό επιστήμονα Mikhail Neiman. Τις δεκαετίες από τότε, οι ερευνητές έχουν κάνει μεγάλα βήματα για να το κάνουν πραγματικά, ωστόσο υπήρξαν σημαντικά εμπόδια.
«Το σημείο συμφόρησης που εμπόδισε αυτή την τεχνολογία από το να γίνει mainstream», εξηγεί η Park, «ήταν το γεγονός ότι είναι πολύ ακριβό και αργό να αποθηκεύεις πολλές πληροφορίες».
Σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύτηκε το 2018, η πιο οικονομική τεχνική αποθήκευσης DNA εκείνη την εποχή κοστίζει περίπου 3.500 $ ανά MB για την εγγραφή των δεδομένων και 1.000 $ ανά MB για την ανάγνωσή τους, επομένως μην αποσύρετε ακόμα τη μονάδα SSD.
Ο κατάλογος στοχεύει να μειώσει το κόστος αποθήκευσης DNA δημιουργώντας αυτό που συγκρίνουν με ένα τυπογραφείο, η επαναστατική συσκευή που χρησιμοποιούσε εναλλάξιμα μπλοκ γραμμάτων, επικαλυμμένα με μελάνι, για γρήγορη εκτύπωση σελίδες.
«Ο τρόπος που γινόταν πριν», εξηγεί ο Park, είναι ότι οι βάσεις του DNA –ATCG– θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να «αντιπροσωπεύσουν οποιαδήποτε μεγάλη συμβολοσειρά 1 και 0, επειδή αυτά είναι τα δεδομένα που προσπαθείτε να γράψετε. Αλλά το πρόβλημα με αυτήν την προσέγγιση είναι ότι κάθε ζεύγος βάσεων που προσθέτετε έχει κόστος και είναι χρονοβόρο».
Στη μέθοδο του τυπογραφείου του Catalog, τα ξύλινα μπλοκ είναι «μπλοκ μορίων DNA που προσυνθέσαμε, αλλά σε μεγάλες ποσότητες. Στον κόσμο του DNA», εξηγεί, «αν προσπαθείτε να συνθέσετε μεγάλες ποσότητες λίγων διαφορετικών μορίων - ας πούμε, της τάξης των 100 - είναι πραγματικά φθηνό και εύκολο να το κάνετε.
«Αλλά αν προσπαθείτε να συνθέσετε πολύ μικρές ποσότητες ενός εκατομμυρίου διαφορετικών μορίων», συνεχίζει, «αυτό είναι πολύ ακριβό και αργό. Παίρνουμε αυτά τα μεγαλύτερα μπλοκ που έχουμε φτιάξει σε μεγάλες ποσότητες και χρησιμοποιούμε τον εκτυπωτή που αναπτύξαμε για να τα τακτοποιήσουμε διαφορετικούς συνδυασμούς και να τους συνδέσουμε μεταξύ τους, έτσι ώστε να έχουμε αυτή την τεράστια ποικιλία διαφορετικών μορίων που μπορούμε στη συνέχεια να αποδώσουμε διαφορετικά πληροφορίες προς."
Χτίζοντας έναν καλύτερο υπολογιστή μέσω της φύσης
Ενώ οι δυνατότητες αποθήκευσης του DNA είναι ενδιαφέρουσες, το Park είναι επίσης ενθουσιασμένο με τις δυνατότητές του για υπολογιστές. Για χρόνια, οι υπολογιστές ακολούθησαν χονδρικά τη διαδρομή που ορίζει ο νόμος του Moore, ο οποίος έλεγε ότι κάθε δύο χρόνια περίπου μπορούσαμε να διπλασιάσουμε τον αριθμό των τρανζίστορ που χωρούν σε ένα τσιπ υπολογιστή. Ωστόσο, τα τσιπ υπολογιστών έχουν γίνει τόσο μικρά αυτές τις μέρες που είναι όλο και πιο απίθανο να συνεχίσουμε να πιέζουμε περισσότερα τρανζίστορ εκεί. Ουσιαστικά, Ο νόμος του Μουρ είναι νεκρός, ή τουλάχιστον σε ένα ξενώνα.
Ωστόσο, η ανάγκη της ανθρωπότητας για όλο και μεγαλύτερους υπολογιστές είναι ζωηρή, και έτσι οι ερευνητές αγωνίζονται να αναπτύξουν νέες φυλές υπολογιστών (κβαντικούς υπολογιστές, για παράδειγμα). Ένας υπολογιστής που βασίζεται σε DNA είναι μια πιθανότητα.
Ο ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ τοποθετεί τη Βικιπαίδεια στο DNA
«Πιστεύουμε ότι μόλις έχετε δεδομένα στο DNA, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ένζυμα και άλλα μόρια DNA για να υπολογίσουμε αυτά τα δεδομένα», λέει ο Park, «και αυτός είναι ένας εξαιρετικά αποτελεσματικός, εξαιρετικά παράλληλος τρόπος υπολογισμού αυτών των δεδομένων. Δεν πρόκειται να είναι για όλες τις καθημερινές εφαρμογές ή για όλα τα υπολογιστικά προβλήματα, αλλά για ένα σύνολο προβλήματα που γίνονται όλο και πιο σημαντικά για την κοινωνία, πιστεύουμε ότι το DNA θα είναι ένας πολύ καλός τρόπος για να τα αντιμετωπίσουμε το."
Ο Park λέει ότι οι υπολογιστές DNA θα ήταν κατάλληλοι για προβλήματα όπου έχετε τεράστιο όγκο δεδομένων, αλλά οι υπολογισμοί που πρέπει να κάνετε δεν είναι πολύ περίπλοκοι. Ως παράδειγμα, φαντάζεται ένα σενάριο όπου κάποιος πρέπει να χτενίσει τα exabyte των δεδομένων απογραφής.
«Θέλετε να μπορείτε να αναζητάτε γρήγορα όλα αυτά ταυτόχρονα και να βρίσκετε ονόματα ανθρώπων που πληρούν ένα συγκεκριμένο σύνολο κριτηρίων, όπως ένα συγκεκριμένο ηλικιακό εύρος ή εύρος εισοδήματος ή γεωγραφική περιοχή», είπε λέει. «Για να το κάνετε αυτό σε έναν παραδοσιακό υπολογιστή, για να μπορέσετε να διαβάσετε όλα τα exabytes που έχετε συγκεντρώσει για δεκαετίες, θα πρέπει να διαβάσετε ξανά τη μαγνητική ταινία που βρίσκεται σε ψυχρή αποθήκευση … στη συνέχεια υπολογίστε το σε μπλοκ που χωρούν στη μνήμη και μετά σε μπλοκ που χωρούν στη μονάδα επεξεργασίας και κάντε το σε μια σειρά τρόπος. Εάν το έχετε στο DNA, ο όγκος θα ήταν πολύ μικρός λόγω της πυκνότητας πληροφοριών του DNA, και έτσι θα ρίχνατε μερικούς ανιχνευτές που συνδέονται με το χαρακτηριστικό που αναζητάτε Για."
Μια επανάσταση στον ορίζοντα
Πότε λοιπόν πρέπει να προετοιμαστείτε να πετάξετε τον τρέχοντα εξοπλισμό σας και να τον αντικαταστήσετε με βιολογικά οργανικά εξαρτήματα υπολογιστή; Μάλλον όχι σύντομα.
«Νομίζω ότι για το άμεσο μέλλον», λέει ο Park, «η διαδικασία γραφής όπου μετατρέπετε ψηφιακά δεδομένα σε DNA συμβαίνει σε εξειδικευμένες εγκαταστάσεις». Δεδομένα DNA Οι εγκαταστάσεις θα φιλοξενούν τα δεδομένα που βασίζονται στο DNA, στα οποία οι άνθρωποι μπορούν να έχουν πρόσβαση όπως θα έκαναν σε έναν παραδοσιακό διακομιστή, αν και προτείνει ότι οι άνθρωποι θα μπορούσαν να λάβουν αντίγραφα των δεδομένων τους σε δοκιμή σωλήνες.
Προς το παρόν, η αποθήκευση και η πληροφορική με βάση το DNA δεν είναι πιθανό να είναι ένα αξιοσημείωτο μέρος της καθημερινής ζωής, αλλά κάτι που θα μπορούσε να έχει τεράστιο αντίκτυπο στη γενική εικόνα της ανθρωπότητας.
