DNR yra ateities kietasis diskas

Žmonija puikiai kuria daiktus, tačiau yra vienas dalykas, kurio mūsų rūšis sukuria daugiau nei beveik bet kas kitas: informacija.

Dar 2013 m. atliktas tyrimas padarė išvadą, kad 90 procentų visų pasaulio duomenų buvo sugeneruoti per pastaruosius dvejus metus, tačiau šis kiekis vis dar atrodo mažas, palyginti su pastaraisiais metais. 2017 m. buvo sukurti 26 zettabaitai (vienas cetabaitas = milijardas terabaitų) duomenų, o tai yra daugiau nei viskas, kas buvo sukurta 2010–2013 m. kartu paėmus.

Pasak a ataskaita, paskelbta 2019 m, kiekvieną dieną „Instagram“ bendriname 95 milijonus nuotraukų ir vaizdo įrašų, „Twitter“ paskelbiame 500 milijonų tviterių ir išsiunčiame 294 milijardus el. laiškų. Nors internetas gali atrodyti eterinis, visi šie duomenys turi būti saugomi fiziškai, kietuosiuose diskuose ir serveriuose visame pasaulyje. Bėda ta, kad tos tradicinės duomenų saugojimo priemonės greičiausiai negalės neatsilikti nuo numatomo duomenų srauto per ateinantį dešimtmetį.

Kokia išeitis? Ateities kietasis diskas iš tikrųjų gali būti kažkas labai seno, kažkas, kas yra kiekvieno skaitančio žmogaus viduje: DNR.

Gamtos naudojimo instrukcija

Dezoksiribonukleorūgštis arba DNR yra molekulė, kuri diktuoja, kaip organizmas vystosi. DNR molekulėje yra keturios azoto bazės – adeninas (A), timinas (T), guaninas (G) ir citozinas (C) – ir seka iš šių bazių sudaro instrukcijas, kaip ląstelės turėtų vystytis, įtakojančios tokius dalykus kaip plaukų ir akių spalva, ūgis ir kt įjungta. DNR iš esmės yra kūno kūrimo instrukcija.

DNR taip pat gali talpinti stulbinantį kiekį informacijos: 215 petabaitų (1 petabaitas yra apie 100 mln. gigabaitų) duomenų viename grame. Toks pat įspūdingas yra jo ilgaamžiškumas. Tradicinės laikmenos, tokios kaip magnetinė juosta ir „flash“ atmintis, linkusios blogėti dėl pakartotinio naudojimo ar tiesiog per laiką. DNR taip pat skaidosi, bet žymiai lėčiau: priklausomai nuo laikymo sąlygų, ji gali trukti tūkstančius ar net dešimtis tūkstančių metų.

Todėl nenuostabu, kad mokslininkai gamtos saugojimo sistemą laiko negailestingo pasaulio informacijos srauto indu.

„Tai beveik baigiasi“, - sako Hyunjun Park, „Catalog“, bendrovės, kuriančios DNR saugojimo platformą, generalinis direktorius. „Grįžtame į gamtą, kad gautume įkvėpimo kurti šią terpę.

Katalogas yra viena iš kompanijų, besinaudojančių šios technologijos pranašumu, kurianti DNR pagrįstą saugojimo platformą, kuri gali talpinti vis didesnius 5G, didelės raiškos era.

Nuostabus potencialas už košmarišką kainą

Idėją saugoti duomenis DNR dar septintajame dešimtmetyje pasiūlė sovietų mokslininkas Michailas Neimanas. Per pastaruosius dešimtmečius mokslininkai padarė didelę pažangą tai darydami, tačiau iškilo didelių kliūčių.

Parkas aiškina, kad „kliūtis, trukdžiusi šiai technologijai tapti populiaria, buvo tai, kad daug informacijos saugoti tikrai brangu ir lėta“.

Pagal tyrimas, paskelbtas 2018 m, tuo metu ekonomiškiausia DNR saugojimo technika kainavo apie 3 500 USD už MB duomenims rašyti ir 1 000 USD už MB už juos nuskaityti, todėl dar neišmeskite savo kietojo kūno disko.

Katalogo tikslas – sumažinti DNR saugojimo išlaidas, sukuriant tai, ką galima palyginti su spausdinimo mašina, revoliucinis įrenginys, kuriame greitai spausdinami buvo naudojami keičiami raidžių blokai, padengti rašalu puslapių.

„Taip buvo daroma anksčiau“, – aiškina Parkas, kad DNR – ATCG – bazės gali būti naudojamos „bet kokiai ilgai 1 ir 0 eilutei pavaizduoti, nes tai yra duomenys, kuriuos bandote įrašyti. Tačiau šio metodo problema yra ta, kad kiekviena bazinė pora, kurią pridedate, kainuoja ir užima daug laiko.

Taikant Katalogo spausdinimo preso metodą, medienos blokai yra „DNR molekulių blokai, kuriuos iš anksto susintetinome, bet dideliais kiekiais. DNR pasaulyje, – aiškina jis, – jei bandote susintetinti didelius kiekius vos kelių skirtingų molekulių – tarkime, maždaug 100 – tai tikrai pigu ir lengva padaryti.

"Bet jei bandote susintetinti labai mažus milijono skirtingų molekulių kiekius, - tęsia jis, - tai tikrai brangu ir lėta. Mes paimame šiuos didesnius blokus, kurių pagaminome dideliais kiekiais, ir naudojame sukurtą spausdintuvą, kad juos sutvarkytume skirtingus derinius ir sujunkite juos kartu, kad gautume šią didžiulę skirtingų molekulių įvairovę, kurias vėliau galėtume priskirti kitokioms informaciją“.

Geresnio kompiuterio kūrimas per gamtą

Nors DNR saugojimo galimybės yra intriguojančios, Parkas taip pat džiaugiasi savo skaičiavimo galimybėmis. Daugelį metų kompiuteriai apytiksliai sekė Moore'o įstatymo numatytu keliu, kuriame teigiama, kad maždaug kas dvejus metus galime padvigubinti kompiuterio lustoje telpančių tranzistorių skaičių. Tačiau šiais laikais kompiuterių lustai tapo tokie maži, kad vis mažiau tikėtina, kad galėsime ir toliau įspausti daugiau tranzistorių. Iš esmės Moore'o įstatymas yra miręs, arba bent jau hospise.

Vis dėlto žmonijos poreikis vis didesniems kompiuteriams yra gyvas, todėl mokslininkai lenktyniauja kurdami naujas kompiuterių rūšis (kvantiniai kompiuteriai, pavyzdžiui). Viena galimybė yra DNR pagrįstas kompiuteris.

„Manome, kad kai turėsite duomenų DNR, galėsime naudoti fermentus ir kitas DNR molekules tiems duomenims apskaičiuoti, – sako Parkas, – ir tai yra labai efektyvus, itin lygiagretus būdas tuos duomenis apskaičiuoti. Tai bus skirta ne visoms kasdienėms programoms ar visoms skaičiavimo problemoms, o rinkiniui problemas, kurios visuomenei tampa vis svarbesnės, manome, kad DNR bus puikus būdas išspręsti tai“.

Parkas teigia, kad DNR kompiuteriai puikiai tiktų problemoms, kai turite daug duomenų, tačiau skaičiavimai, kuriuos reikia atlikti, nėra pernelyg sudėtingi. Kaip pavyzdį jis įsivaizduoja scenarijų, kai kažkam reikia šukuoti surašymo duomenų egzabaitus.

„Norite greitai ieškoti viso to vienu metu ir sugalvoti žmonių vardus kurios atitinka tam tikrą kriterijų rinkinį, pavyzdžiui, tam tikrą amžiaus intervalą, pajamų diapazoną arba geografinį regioną“, – jis sako. „Kad tai padarytumėte tradiciniame kompiuteryje, kad galėtumėte pereiti visus egzabaitus, kuriuos kaupėte dešimtmečius, turėtumėte perskaityti magnetinę juostą kuris buvo laikomas šaltoje saugykloje... tada apskaičiuokite blokais, kurie telpa į atmintį, o tada blokuose, kurie telpa į apdorojimo bloką, ir darykite tai serijiniu būdu būdas. Jei turite jį DNR, jo tūris būtų tikrai mažas dėl DNR informacijos tankio, taigi jūs įtrauktumėte keletą zondų, kurie susietų su jūsų ieškoma charakteristika dėl."

Revoliucija horizonte

Taigi kada turėtumėte pasiruošti išmesti dabartinę įrangą ir pakeisti ją biologiškai organinėmis kompiuterio dalimis? Tikriausiai negreitai.

„Manau, kad artimiausioje ateityje, – sako Parkas, – rašymo procesas, kai konvertuojate skaitmeninius duomenis į DNR, vyksta specializuotose patalpose. DNR duomenys patalpose bus saugomi DNR pagrįsti duomenys, kuriuos žmonės gali pasiekti kaip tradicinį serverį, nors jis siūlo, kad žmonės galėtų gauti savo duomenų kopijas testuojant. vamzdeliai.

Kol kas DNR pagrįstas saugojimas ir skaičiavimas greičiausiai nebus pastebima kasdienio gyvenimo dalis, bet kažkas, kas gali turėti didžiulį poveikį bendram žmonijos vaizdui.