Что такое хранилище данных ДНК? Это будущее хранения?

На протяжении десятилетий технологии хранения развивались и становились лучше. Он перешел с компакт-дисков и гибких дисков на жесткие и твердотельные накопители. Но все же у нас есть проблема: объем доступного и производимого хранилища не может справиться с данными, которые мы продолжаем производить.

Итак, решит ли проблему хранение ДНК? Можно ли хранить данные в ДНК?

Что такое хранилище данных ДНК?

Хранение данных ДНК — это процесс использования молекул ДНК в качестве носителя данных. В отличие от существующих сегодня оптических и магнитных форм технологий хранения, данные ДНК не будут храниться в виде двоичных цифр (т. е. единиц и нулей). Вместо этого они будут закодированы в нуклеотидные основания ДНК (A, C, G, T) и сохранены. Затем эти цепочки при необходимости преобразуются в двоичные числа.

Сейчас существует более 11 триллионов гигабайт данных, и каждый день добавляется как минимум 2,5 миллиона гигабайт. Имеющиеся в мире носители данных не могут справиться с таким массовым ростом. Хранение ДНК является одним из решений этой проблемы хранения.

Как работает хранилище данных ДНК?

ДНК означает дезоксирибонуклеиновую кислоту. Это сложная органическая молекула, несущая генетическую информацию живого существа. Он есть у всех людей и хранит такую ​​информацию, как цвет кожи, цвет глаз, рост и другие физические и биологические характеристики.

Спираль ДНК состоит из нескольких и чередующихся пар четырех уникальных оснований. Это аденин (А), гуанин (Г), цитозин (С) и тимин (Т). Эти основания прикреплены к спирали ДНК парами, называемыми парами оснований. Две пары оснований: аденин-тимин и гуанин-цитозин.

В традиционных вычислениях данные хранятся в виде двоичных цифр (1 и 0). В хранилище данных ДНК четыре нуклеотидных основания (A, C, G, T) хранят и кодируют данные. Информация хранится в перестановках трех оснований нуклеотидов, называемых кодонами.

Хранение ДНК включает три процесса: кодирование данных, их синтез и хранение, а также их декодирование. Двоичные коды, содержащие информацию, переводятся в коды ДНК или кодоны с помощью алгоритма. Затем их помещают в контейнер в прохладной и регулируемой среде. ДНК, несущая информацию, может быть заморожена в растворе, храниться в виде капель или храниться на кремниевых чипах.

Ученые работают над тем, чтобы сделать чтение ДНК быстрее и дешевле. На данный момент данные, хранящиеся в ДНК, должны быть доставлены в лабораторию для декодирования в безошибочную двоичную информацию, а это занимает много времени.

Таким образом, может пройти некоторое время, прежде чем устройства для хранения данных ДНК станут легкодоступными дешевыми устройствами, которые будет использовать общественность.

Продолжаются исследования в области технологии хранения ДНК, и они пока не смогут быстро вытеснить существующие методы хранения. Но через несколько лет, когда будет сделано больше исследований и технологических прорывов, данные будут храниться в ДНК, решая проблемы пространства, безопасности и деградации.

Какова емкость хранилища данных ДНК?

Хранение данных ДНК является предпочтительным решением проблемы нехватки памяти, поскольку оно может хранить большие объемы данных в очень небольшом пространстве. Один грамм ДНК может хранить 215 петабайт данных. Петабайт равен 1024 терабайтам. Таким образом, один грамм ДНК может хранить примерно 220 160 терабайт.

Сравните это с современными технологиями: жесткий диск емкостью один терабайт весит примерно 400 граммов. Таким образом, для хранения эквивалентного объема данных, хранящегося в одном грамме ДНК, вам потребуется более 88 миллионов граммов жестких дисков.

С этой информацией исследователи говорят, что все данные в мире прямо сейчас могут поместиться в обувную коробку, используя хранилище данных ДНК.

Каковы преимущества хранения данных ДНК?

Использование хранилища ДНК в качестве носителя данных дает много преимуществ по сравнению с цифровым хранилищем. Он обеспечивает высокую емкость хранения данных, значительно более длительный срок службы по сравнению с другими формами хранения, компактность, низкую восприимчивость к техническим и электрическим сбоям и воспроизводимость.

Плотность хранения

Основным преимуществом хранения ДНК по сравнению с другими носителями информации является плотность хранения. Даже если вы хранить ваши данные удаленно в облаке или NAS, они по-прежнему хранятся на больших серверах и в дата-центрах. Эти центры обработки данных размером с футбольный стадион и стоят миллиарды долларов на строительство и обслуживание. Это не то же самое с хранением данных ДНК.

Хранение данных ДНК позволяет хранить огромные объемы данных в очень компактном пространстве. Следовательно, уменьшаются проблемы с пространством, расходами на техническое обслуживание и нехваткой складского оборудования.

Долговечность

Имеющееся сегодня цифровое запоминающее оборудование далеко не долговечно. Все они подвержены загниванию и деградации. Цифровой распад — это постепенное разложение данных, хранящихся на компьютере., затрагивая миллионы людей каждый год.

ДНК имеет период полураспада 500 лет. При хранении в оптимальной и регулируемой среде данные, хранящиеся в ДНК, могут быть доступны в течение сотен лет.

Воспроизводимость

Из-за деградации данных данные в центрах обработки данных необходимо копировать и переносить на другое оборудование через определенные промежутки времени, чтобы сохранить сохраненную информацию. Этот процесс часто является обременительным.

Данные, хранящиеся в ДНК, могут быть легко воспроизведены. Один из испытанных учеными методов заключается в том, чтобы вставить ДНК с сохраненной информацией в бактерию. Затем эта бактерия размножается—сам по себе—другое поколение бактерий, которые обладают той же информацией, хранящейся в первой ДНК, без каких-либо ошибок или потерь.

Является ли хранение данных ДНК будущим хранилища?

Откровенно говоря, да. Хранение данных ДНК, безусловно, отвечает всем современным требованиям к хранению данных. Он уже используется сегодня компаниями, которые хотят сохранить обширные архивы информации, к которым не нужно обращаться регулярно.

К сожалению, пройдет довольно много времени, прежде чем хранение ДНК станет обычным и доступным вариантом хранения, доступным для общественности. А пока мы должны тщательно выбрать лучший формат хранения для долгосрочного хранения данных.

Жесткие диски, твердотельные накопители, флэш-накопители: как долго прослужат ваши носители информации?

Читать дальше

Об авторе