DNS ir nākotnes cietais disks

Cilvēce lieliski spēj radīt lietas, taču ir viena lieta, ko mūsu suga rada vairāk nekā gandrīz jebkas cits: informācija.

2013. gadā kādā pētījumā tika secināts, ka 90 procenti no visiem pasaules datiem ir iegūti iepriekšējos divos gados, tomēr šis daudzums joprojām šķiet mazs, salīdzinot ar pēdējiem gadiem. 2017. gadā tika izveidoti 26 zettabaiti (viens zetabaiti = miljards terabaitu) datu, kas ir vairāk nekā viss, kas tika izveidots 2010.–2013. gadā kopā.

Saskaņā ar a ziņojums publicēts 2019, katru dienu mēs pakalpojumā Instagram kopīgojam 95 miljonus fotoattēlu un videoklipu, pakalpojumā Twitter ievietojam 500 miljonus tvītu un nosūtām 294 miljardus e-pasta ziņojumu. Lai gan internets var šķist ēterisks, visi šie dati ir jāglabā fiziski cietajos diskos un serveros visā pasaulē. Problēma ir tāda, ka šie tradicionālie datu glabāšanas līdzekļi, iespējams, nespēs sekot līdzi gaidāmajiem datu plūdiem nākamajā desmitgadē.

Kāds ir risinājums? Nākotnes cietais disks patiesībā varētu būt kaut kas ļoti vecs, kas atrodas katrā cilvēkā, kas lasa šo: DNS.

Dabas lietošanas instrukcija

Dezoksiribonukleīnskābe jeb DNS ir molekula, kas nosaka, kā organisms attīstās. DNS molekula satur četras slāpekļa bāzes - adenīnu (A), timīnu (T), guanīnu (G) un citozīnu (C) - un secību. no šīm bāzēm veido norādījumus par to, kā šūnām vajadzētu attīstīties, ietekmējot tādas lietas kā matu un acu krāsa, augums utt ieslēgts. DNS būtībā ir ķermeņa veidošanas instrukcija.

DNS var saturēt arī satriecošu informācijas daudzumu: 215 petabaiti (1 petabaiti ir aptuveni 100 miljoni gigabaitu) datu uz viena grama. Tikpat iespaidīgs ir tā ilgmūžība. Tradicionālie datu nesēji, piemēram, magnētiskā lente un zibatmiņa, mēdz pasliktināties gan atkārtotas lietošanas, gan vienkārši laika gaitā. Arī DNS sadalās, taču ievērojami lēnāk: atkarībā no uzglabāšanas apstākļiem tā var ilgt tūkstošiem vai pat desmitiem tūkstošu gadu.

Tāpēc nav pārsteigums, ka pētnieki uzskata, ka dabas uzglabāšanas sistēma ir pasaules nerimstošās informācijas plūsmas tvertne.

“Tas ir gandrīz pilns,” saka Hyunjun Park, Catalog izpilddirektors, uzņēmums, kas veido platformu DNS glabāšanai. "Mēs atgriežamies pie dabas, lai gūtu iedvesmu šīs informācijas nesēja attīstībai."

Katalogs ir viens no uzņēmumiem, kas izmanto šīs tehnoloģijas attīstības robežas, veidojot uz DNS balstītu uzglabāšanas platformu, kas spēj uzņemt arvien lielākus 5G, augstas izšķirtspējas laikmets.

Brīnišķīgs potenciāls par murgainu cenu

Ideju par DNS datu glabāšanu 60. gados ierosināja padomju zinātnieks Mihails Neimans. Pēdējo desmitgažu laikā pētnieki ir guvuši lielus panākumus, faktiski to darot, tomēr ir bijuši ievērojami šķēršļi.

"Sašaurinājums, kas neļāva šai tehnoloģijai kļūt par galveno," skaidro Parks, "bija fakts, ka daudz informācijas glabāšana ir patiešām dārga un lēna."

Saskaņā ar pētījums, kas publicēts 2018, tobrīd visrentablākā DNS glabāšanas tehnika maksāja aptuveni 3500 USD par MB, lai ierakstītu datus, un 1000 USD par MB, lai tos lasītu, tāpēc pagaidām nepārtrauciet savu cietvielu disku.

Kataloga mērķis ir samazināt DNS uzglabāšanas izmaksas, radot to, ko var salīdzināt ar iespiedmašīnu, revolucionāra ierīce, kas izmantoja maināmus burtu blokus, kas pārklāti ar tinti, lai ātri drukātu lapas.

"Tas, kā tas tika darīts iepriekš," skaidro Parks, ir tāds, ka DNS bāzi — ATCG — var izmantot, lai "attēlotu jebkuru garu 1 un 0 virkni, jo tie ir dati, kurus mēģināt rakstīt. Taču šīs pieejas problēma ir tā, ka katram bāzes pārim, ko pievienojat, ir izmaksas un tas ir laikietilpīgs.

Kataloga iespiedmašīnas metodē koka bloki ir “DNS molekulu bloki, kurus mēs iepriekš sintezējām, bet lielos daudzumos. DNS pasaulē, " viņš skaidro, "ja jūs mēģināt sintezēt lielu daudzumu tikai dažu dažādu molekulu — teiksim, apmēram 100 —, tas ir patiešām lēti un viegli izdarāms.

"Bet, ja jūs mēģināt sintezēt ļoti mazus miljonu dažādu molekulu daudzumus," viņš turpina, "tas ir patiešām dārgi un lēni. Mēs ņemam šos lielākos blokus, ko esam izgatavojuši lielos daudzumos, un izmantojam mūsu izstrādāto printeri, lai tos sakārtotu dažādas kombinācijas un savienojiet tās kopā, lai mēs iegūtu šo milzīgo dažādu molekulu daudzveidību, kuras pēc tam varam attiecināt uz dažādām informāciju.”

Labāka datora izveide dabā

Lai gan DNS uzglabāšanas iespējas ir intriģējošas, Parks ir sajūsmā par tā potenciālu skaitļošanas jomā. Gadiem ilgi datori aptuveni sekoja Mūra likumā noteiktajam ceļam, kurā teikts, ka ik pēc diviem gadiem mēs varam dubultot tranzistoru skaitu, kas ietilpst datora mikroshēmā. Tomēr šajās dienās datoru mikroshēmas ir kļuvušas tik mazas, ka ir maz ticams, ka mēs turpinām izspiest vairāk tranzistoru. Būtībā, Mūra likums ir miris, vai vismaz patversmē.

Cilvēces vajadzība pēc arvien lielākiem datoriem tomēr ir dzīva, un tāpēc pētnieki sacenšas, lai izstrādātu jaunas datoru šķirnes (kvantu datori, piemēram). Viena iespēja ir dators, kura pamatā ir DNS.

"Mēs domājam, ka, tiklīdz jums ir dati DNS, mēs varam izmantot fermentus un citas DNS molekulas, lai aprēķinātu šos datus," saka Parks, "un tas ir ļoti efektīvs, ārkārtīgi paralēls veids, kā aprēķināt šos datus. Tas nebūs paredzēts visām ikdienas lietojumprogrammām vai visām skaitļošanas problēmām, bet gan problēmas, kas sabiedrībai kļūst arvien svarīgākas, mēs domājam, ka DNS būs lielisks veids, kā risināt to.”

Parks saka, ka DNS datori būtu labi piemēroti problēmām, kurās jums ir milzīgs datu apjoms, bet aprēķini, kas jums jāveic, nav pārāk sarežģīti. Kā piemēru viņš iztēlojas scenāriju, kad kādam ir jāizķemmē tautas skaitīšanas datu eksabaiti.

"Jūs vēlaties ātri meklēt visu to vienlaikus un izdomāt cilvēku vārdus kas atbilst noteiktam kritēriju kopumam, piemēram, noteiktam vecuma diapazonam vai ienākumu diapazonam vai ģeogrāfiskam reģionam,” viņš saka. "Lai to izdarītu tradicionālajā datorā, lai varētu iziet cauri visiem gadu desmitiem savāktajiem eksabaitiem, jums ir jānolasa magnētiskā lente kas atrodas saldētavā … tad aprēķiniet to blokos, kas iekļaujas atmiņā, un pēc tam blokos, kas iekļaujas apstrādes blokā, un dariet to sērijveidā veidā. Ja jums tas ir DNS, apjoms būtu ļoti mazs DNS informācijas blīvuma dēļ, un tādējādi jūs izmestu dažas zondes, kas saistās ar jūsu meklēto raksturlielumu priekš."

Revolūcija pie apvāršņa

Tātad, kad jums vajadzētu sagatavoties, lai izmestu pašreizējo aprīkojumu un aizstātu to ar bioloģiski organiskām datora daļām? Droši vien ne tuvākajā laikā.

"Es domāju, ka tuvākajā nākotnē," saka Parks, "rakstīšanas process, kurā jūs pārvēršat digitālos datus DNS, notiek specializētās telpās." DNS dati telpās tiks glabāti DNS dati, kuriem cilvēki var piekļūt tāpat kā tradicionālajam serverim, lai gan viņš ierosina, ka cilvēki varētu iegūt savu datu kopijas testā. caurules.

Pagaidām uz DNS balstīta glabāšana un skaitļošana, visticamāk, nebūs pamanāma ikdienas dzīves sastāvdaļa, bet kaut kas tāds, kam varētu būt milzīga ietekme uz cilvēces kopējo attēlu.