A DNS a jövő merevlemeze

Az emberiség nagyszerűen tud dolgokat létrehozni, de van egy dolog, amiből fajunk többet hoz létre, mint szinte bármi más: az információ.

Még 2013-ban egy tanulmány arra a következtetésre jutott, hogy a világ összes adatának 90 százaléka az előző két évben keletkezett, de ez a mennyiség még mindig kevésnek tűnik az elmúlt évekhez képest. 2017-ben 26 zettabájt (egy zettabájt = egy milliárd terabájt) adat keletkezett, ami több, mint a 2010-2013-as években összesen.

szerint a 2019-ben közzétett jelentés, minden nap 95 millió fényképet és videót osztunk meg az Instagramon, 500 millió tweetet teszünk közzé a Twitteren, és 294 milliárd e-mailt küldünk. Bár az internet éterinek tűnik, ezeket az adatokat fizikailag kell tárolni, merevlemezeken és szervereken szerte a világon. Az a baj, hogy ezek a hagyományos adattárolási médiumok valószínűleg nem tudnak lépést tartani a következő évtizedben várható adatáradattal.

Mi a megoldás? A jövő merevlemeze valójában valami nagyon régi lehet, valami, ami minden emberben benne van, aki ezt olvassa: DNS.

A természet használati útmutatója

A dezoxiribonukleinsav vagy DNS az a molekula, amely meghatározza, hogyan fejlődik egy szervezet. Egy DNS-molekula négy nitrogénbázist tartalmaz – adenint (A), timint (T), guanint (G) és citozint (C) – és a szekvenciát. ezek az alapok utasításokat adnak a sejtek fejlődésére vonatkozóan, befolyásolva például a haj- és szemszínt, a magasságot stb tovább. A DNS lényegében a test felépítésének használati utasítása.

A DNS is elképesztő mennyiségű információt tartalmazhat: 215 petabájt (1 petabájt körülbelül 100 millió gigabájt) adatot tartalmaz egyetlen grammon. Ugyanolyan lenyűgöző a hosszú élettartama. A hagyományos adathordozók, például a mágnesszalag és a flash memória hajlamosak leépülni, akár az ismételt használat, akár egyszerűen az idő miatt. A DNS is lebomlik, de lényegesen lassabban: a tárolási körülményektől függően több ezer, de akár több tízezer évig is eltarthat.

Nem meglepő tehát, hogy a kutatók a természet tárolórendszerét a világ könyörtelen információáradatának edényének tekintik.

„Majdnem a teljes kör” – mondja Hyunjun Park, a DNS-alapú tárolás platformját építő Catalog cég vezérigazgatója. „Visszamegyünk a természetbe, hogy ihletet merítsünk ennek a médiumnak a fejlesztéséhez.”

A Catalog a technológia egyik legfejlettebb vállalata, amely egy olyan DNS-alapú tárolási platformot épít, amely képes befogadni az egyre nagyobb fájlokat. 5G, nagy felbontású korszak.

Csodálatos potenciál rémálomszerű áron

A DNS-adatok tárolásának ötletét a 60-as években Mikhail Neiman szovjet tudós javasolta. Az azóta eltelt évtizedekben a kutatók nagy lépéseket tettek ennek megvalósításában, azonban jelentős akadályok adódtak.

„A szűk keresztmetszet, amely megakadályozta ezt a technológiát abban, hogy elterjedjen” – magyarázza Park, „az volt a tény, hogy nagyon drága és lassú a sok információ tárolása.”

Alapján egy 2018-ban megjelent tanulmány, az akkori legköltséghatékonyabb DNS-tárolási technika körülbelül 3500 dollárba került MB-onként az adatok írása és 1000 dollárba került MB-onként az olvasása, szóval még ne hagyja ki a szilárdtestalapú meghajtót.

A katalógus célja, hogy csökkentse a DNS-tárolás költségeit azáltal, hogy egy nyomdához hasonlítható terméket készít, a forradalmi eszköz, amely cserélhető, tintával bevont betűtömböket használt a gyors nyomtatáshoz oldalakat.

„Ahogy ezt korábban megtették” – magyarázza Park, az az, hogy a DNS alapjait – az ATCG-t – fel lehet használni „bármilyen hosszú 1-es és 0-s karakterlánc ábrázolására, mivel ezeket az adatokat próbálja megírni. De ezzel a megközelítéssel az a probléma, hogy minden egyes hozzáadott bázispárnak költsége van, és időigényes.”

A Katalógus nyomdagépes módszerében a fatömbök „olyan DNS-molekulák blokkjai, amelyeket előre szintetizáltunk, de nagy mennyiségben. A DNS-világban – magyarázza –, ha csak néhány különböző molekulából próbálunk nagy mennyiségben szintetizálni – mondjuk 100 nagyságrendben –, az nagyon olcsó és könnyen kivitelezhető.

„De ha nagyon kis mennyiségű, millió különböző molekulát próbálunk szintetizálni – folytatja –, az nagyon drága és lassú. Fogjuk ezeket a nagyobb darabokat, amelyeket nagy mennyiségben készítettünk, és az általunk kifejlesztett nyomtatóval rendezzük el őket. különböző kombinációkat, és összekapcsoljuk őket, így megkapjuk ezt a hatalmas különféle molekulát, amelyeket aztán különbözőnek tudunk tulajdonítani információkat.”

Jobb számítógép építése a természet segítségével

Míg a DNA tárolási képességei érdekesek, Park is izgatott a számítástechnikában rejlő lehetőségek miatt. A számítógépek éveken át nagyjából követték a Moore-törvény által lefektetett utat, amely kimondta, hogy körülbelül kétévente megduplázhatjuk a számítógépchipbe elhelyezett tranzisztorok számát. A számítógépes chipek azonban manapság olyan kicsikké váltak, hogy egyre valószínűtlenebb, hogy továbbra is több tranzisztort szorítsunk be. Lényegében, Moore törvénye halott, vagy legalábbis hospice-ban.

Az emberiségnek azonban élénk az igénye egyre nagyobb számítógépekre, ezért a kutatók új típusú számítógépek kifejlesztésén versenyeznek (kvantumszámítógépek, például). Egy DNS-alapú számítógép az egyik lehetőség.

„Úgy gondoljuk, ha már rendelkezünk adatokkal a DNS-ben, akkor enzimeket és más DNS-molekulákat használhatunk az adatok kiszámításához” – mondja Park –, és ez egy rendkívül hatékony, rendkívül párhuzamos módszer ezen adatok kiszámítására. Nem az összes napi alkalmazásra vagy minden számítási problémára vonatkozik, hanem egy sor olyan problémákat, amelyek egyre fontosabbá válnak a társadalom számára, úgy gondoljuk, hogy a DNS nagyszerű megoldás lesz azt."

Park szerint a DNS-számítógépek kiválóan alkalmasak lennének olyan problémákra, amelyekben hatalmas mennyiségű adat áll rendelkezésre, de a számítások nem túl bonyolultak. Példaként elképzel egy forgatókönyvet, amikor valakinek exabájtnyi népszámlálási adatot kell átfésülnie.

„Szeretnél gyorsan átkeresni mindezen egyszerre, és kitalálni az emberek nevét amelyek megfelelnek egy bizonyos kritériumrendszernek, például egy bizonyos korosztálynak, jövedelmi tartománynak vagy földrajzi régiónak” – mondta mondja. „Ahhoz, hogy ezt egy hagyományos számítógépen megtehesse, hogy végig tudjon menni az évtizedek óta összegyűjtött exabájton, vissza kell olvasnia a mágnesszalagot ami a hűtőházban ült… majd számold ki a memóriába illeszkedő blokkokban, majd a feldolgozó egységbe illeszkedő blokkokban, és tedd ezt sorosan módon. Ha megvan a DNS-ben, a mennyiség nagyon kicsi lenne a DNS információsűrűsége miatt, és így bedobna néhány szondát, amelyek a keresett jellemzőhöz kötődnek számára.”

Forradalom a láthatáron

Mikor érdemes tehát felkészülni arra, hogy kidobja jelenlegi felszerelését, és bioorganikus számítógép-alkatrészekre cserélje? Valószínűleg nem egyhamar.

„Úgy gondolom, hogy a belátható jövőben az írási folyamat, amelynek során a digitális adatokat DNS-vé alakítja, speciális létesítményekben zajlik” – mondja Park. DNS adatok a létesítmények adják majd a DNS-alapú adatokat, amelyekhez az emberek úgy férhetnek hozzá, mint egy hagyományos szerverhez, bár azt javasolja, hogy az emberek a teszt során másolatokat kaphassanak adataikról. csövek.

Egyelőre a DNS-alapú tárolás és számítástechnika valószínűleg nem lesz a mindennapi élet észrevehető része, de olyasvalami, ami óriási hatással lehet az emberiség összképére.