DNA は未来のハードドライブです

人類は物を生み出すのが得意ですが、私たちの種が他のほとんどのものよりも多く生み出しているものが 1 つあります。それは情報です。

はるか昔の 2013 年、ある調査では、全世界のデータの 90% が過去 2 年間に生成されたと結論付けられましたが、それでもその量は近年に比べて少ないようです。 2017 年には 26 ゼタバイト (1 ゼタバイト = 10 億テラバイト) のデータが作成されました。これは、2010 年から 2013 年に作成されたデータをすべて合わせたよりも多くなります。

によると 2019年に発行されたレポート, 私たちは毎日、Instagram で 9,500 万件の写真やビデオを共有し、Twitter で 5 億件のツイートを投稿し、2,940 億件の電子メールを送信しています。 インターネットは幻想的に見えるかもしれませんが、そのデータはすべて、世界中のハードドライブやサーバーに物理的に保存する必要があります。 問題は、これらの従来のデータ ストレージ媒体では、おそらく今後 10 年間に予想されるデータの洪水に対応できないことです。

解決策は何でしょうか？ 未来のハードドライブは、実際には非常に古いもの、これを読んでいるすべての人の中にあるもの、つまり DNA である可能性があります。

自然の取扱説明書

デオキシリボ核酸、つまり DNA は、生物がどのように発達するかを決定する分子です。 DNA 分子には、アデニン (A)、チミン (T)、グアニン (G)、シトシン (C) という 4 つの窒素塩基とその配列が含まれています。 これらの塩基は、細胞がどのように発達するかについての指示を形成し、髪や目の色、身長などに影響を与えます。 の上。 DNAは本来、体を作るための取扱説明書です。

DNA は、1 グラムで 215 ペタバイト (1 ペタバイトは約 1 億ギガバイト) のデータという、驚異的な量の情報を保持することもできます。 同様に印象的なのは、その寿命の長さです。 磁気テープやフラッシュ メモリなどの従来のメディアは、繰り返しの使用または単なる時間の経過によって劣化する傾向があります。 DNA も分解しますが、その速度は大幅に遅くなり、保管条件によっては数千年、場合によっては数万年も持続することがあります。

したがって、研究者が自然の貯蔵システムを世界の絶え間ない情報の流れの器とみなしているのも不思議ではありません。

DNA ベースのストレージのプラットフォームを構築している会社、Catalog の CEO、Hyunjun Park 氏は次のように述べています。 「この媒体を開発するためのインスピレーションを得るために、私たちは自然に立ち返ろうとしています。」

Catalog は、このテクノロジーの最先端を行く企業の 1 つであり、ますます大規模化するファイルに対応できる DNA ベースのストレージ プラットフォームを構築しています。 5G、ハイビジョンの時代。

驚異的なポテンシャルを悪夢のような価格で実現

DNA にデータを保存するというアイデアは、60 年代にソ連の科学者ミハイル ニーマンによって提案されました。 それ以来数十年にわたり、研究者たちは実際にそれを行う上で大きな進歩を遂げてきましたが、大きな障害もありました。

「このテクノロジーが主流になるのを妨げているボトルネックは、非常に高価で、多くの情報を保存するには時間がかかるという事実です」と Park 氏は説明します。

によると 2018年に発表された研究、当時最も費用対効果の高い DNA ストレージ技術の費用は、データの書き込みに 1 MB あたり約 3,500 ドル、読み取りに 1 MB あたり 1,000 ドルかかるため、まだソリッド ステート ドライブを廃止しないでください。

カタログは、印刷機に匹敵するものを作成することで、DNA ストレージのコストを削減することを目的としています。 インクでコーティングされた交換可能な文字ブロックを使用して迅速に印刷する革新的な装置 ページ。

「以前に行われていた方法」と Park 氏は説明します。DNA の塩基 (ATCG) を使用して、「1 と 0 からなる任意の長い文字列を表すことができました。それが、書き込もうとしているデータだからです。」 しかし、このアプローチの問題は、追加する各塩基ペアにコストがかかり、時間がかかることです。」

カタログの印刷機法では、木版は「事前に合成された、大量の DNA 分子のブロック」です。 DNA の世界では、」と彼は説明します。「ほんの数種類の異なる分子を大量に合成しようとしている場合、たとえば 100 個程度の合成は非常に安価で簡単です。

「しかし、非常に少量の 100 万種類の異なる分子を合成しようとすると、非常に高価で時間がかかります。 大量に作った大きなブロックを開発したプリンターを使用して配置しています。 さまざまな組み合わせをしてそれらを結合させることで、非常に多様なさまざまな分子が得られ、それが異なるものであると考えることができます。 への情報。」

自然を利用してより優れたコンピューターを構築する

DNA のストレージ機能は興味深いものですが、パーク氏はコンピューティングにおけるその可能性にも興奮しています。 何年もの間、コンピュータはおよそ 2 年ごとにコンピュータ チップに搭載されるトランジスタの数を 2 倍にできるというムーアの法則に従ってきました。 しかし、最近のコンピューターチップは非常に小さくなっているため、そこにさらに多くのトランジスタを詰め込むことは不可能になりつつあります。 本質的には、 ムーアの法則は死んだ、少なくともホスピスでは。

しかし、人類はこれまで以上に優れたコンピューターを求めるニーズが高まっており、研究者たちは新しい種類のコンピューターの開発を競っています。量子コンピュータ、 例えば）。 DNA ベースのコンピューターが可能性の 1 つです。

「DNA にデータがあれば、酵素や他の DNA 分子を使用してそのデータを計算できると考えています」と Park 氏は言います。「これは、そのデータを計算するための非常に効率的で、極めて並列的な方法です。 すべての日常的なアプリケーションやすべての計算問題に適用されるわけではありませんが、一連の 社会にとってますます重要性が高まる問題に対して、DNA はそれに対処するための優れた手段になると考えています。 それ。"

Park 氏は、DNA コンピューターは、膨大な量のデータがあるものの、実行する必要がある計算はそれほど複雑ではない問題に適していると述べています。 例として、誰かがエクサバイト規模の国勢調査データを精査する必要があるシナリオを想像します。

「これらすべてを同時にすばやく検索して、人の名前を思いつくことができるようにしたいと考えています。 特定の年齢層、収入範囲、地理的地域などの特定の基準を満たす人です」と彼は言いました。 と言う。 「従来のコンピュータでそれを行うには、数十年にわたって収集したすべてのエクサバイトを調べるには、磁気テープを読み戻さなければなりません それはコールド ストレージに保管されています。メモリに収まるブロックで計算し、次に処理ユニットに収まるブロックで計算し、それをシリアルで実行します。 やり方。 DNAの中にあるとすると、DNAの情報密度のせいで体積は非常に小さくなってしまいますが、 したがって、探している特性にバインドするいくつかのプローブをドロップすることになります のために。"

地平線上の革命

では、現在の機器を捨てて、バイオオーガニックのコンピューター部品と交換する準備はいつすべきでしょうか? おそらくすぐには無理でしょう。

「当分の間は、デジタルデータを DNA に変換する書き込みプロセスが専門施設で行われることになると思います。」と Park 氏は言います。 DNAデータ 施設にはDNAベースのデータが保管され、人々は従来のサーバーと同じようにアクセスできるが、テストでデータのコピーを取得できる可能性があると同氏は示唆している。 チューブ。

今のところ、DNA ベースのストレージとコンピューティングは、日常生活の中で目に見える部分になることはなさそうですが、人類の全体像に大きな影響を与える可能性のあるものです。