Microsoft har en plan om at tilføje DNA-datalagring til sin sky

yoshi sodeoka

Baseret på tidlig forskning, der involverer lagring af film og dokumenter i DNA, udvikler Microsoft et apparat, der bruger biologi til at erstatte båndstationer, siger forskere hos virksomheden.

Computerarkitekter hos Microsoft Research siger, at virksomheden har formaliseret et mål om at have et operationelt lagringssystem baseret på DNA, der arbejder inde i et datacenter mod slutningen af ​​dette årti. Målet er et proto-kommercielt system om tre år, der lagrer en vis mængde data på DNA i et af vores datacentre, til mindst en boutique-applikation, siger Doug Carmean, en partnerarkitekt hos Microsoft Research. Han beskriver den endelige enhed som størrelsen af ​​en stor Xerox-kopimaskine fra 1970'erne.

Internt har Microsoft det endnu mere ambitiøse mål at erstatte båndstationer, et almindeligt format, der bruges til arkivering af information. Vi håber at få det mærket som 'Your Storage with DNA', siger Carmean.

Planerne signalerer, hvor alvorligt nogle teknologivirksomheder tager den tilsyneladende mærkelige idé om at gemme videoer, billeder eller værdifulde dokumenter i det samme molekyle, som vores gener er lavet af. Årsagen, siger Victor Zhirnov, chefforsker i Semiconductor Research Corporation , er, at bestræbelserne på at formindske computerhukommelsen rammer fysiske grænser, men DNA kan lagre data i utrolig tæthed.

Formateret i DNA ville enhver film, der nogensinde er lavet, passe ind i et volumen, der er mindre end en sukkerterning.

DNA er det tætteste kendte lagringsmedium i universet, kun baseret på fysikkens love. Det er grunden til, at folk kigger på det her, siger Zhirnov. Og det problem, vi løser, er den eksponentielle vækst af lagret information.

Sidste juli meddelte Microsoft offentligt, at de havde lagret 200 megabyte data i DNA-strenge, inklusive en musikvideo, hvilket satte rekord. Værket, beskrevet i et papir udgivet i marts på pre-print-serveren Biorxiv, er blevet ledet af Karin Strauss, fra Microsoft Research, og University of Washingtons laboratorium af datalogen Luis Ceze.

Der er stadig store hindringer for et praktisk opbevaringssystem. Konvertering af digitale bits til DNA-kode (der består af kæder af nukleotider mærket A, G, C og T) forbliver besværligt og dyrt på grund af den kemiske proces, der bruges til at fremstille DNA-strenge. I sit demonstrationsprojekt brugte Microsoft 13.448.372 unikke stykker DNA. Eksperter siger, at det vil koste 800.000 $ at købe så meget materiale på det åbne marked.

Hovedproblemet med DNA-lagring er omkostningerne, siger Yaniv Erlich, professor ved Columbia University, som tidligere på året rapporterede om en ny tilgang til lagring af DNA-data . Så hovedspørgsmålet er, om Microsoft har løst dette problem. Baseret på deres udgivelse, siger Erlich, så jeg ikke nogen fremskridt hen imod dette mål, men måske har de noget i deres pipeline.

Ifølge Microsoft skal omkostningerne til DNA-opbevaring falde med en faktor på 10.000, før det bliver bredt udbredt. Mens mange eksperter siger, at det er usandsynligt, mener Microsoft, at sådanne fremskridt kan ske, hvis computerindustrien kræver dem.

Automatisering af processen med at skrive digitale data ind i DNA vil også være kritisk. Baseret på de adskillige uger, det tog at udføre deres eksperiment, anslår Carmean, at hastigheden for at flytte data til DNA kun var 400 bytes i sekundet. Microsoft siger, at det skal stige til 100 megabyte i sekundet.

Det er nemmere at læse dataene op. Det blev gjort ved hjælp af en højhastigheds-sekventeringsmaskine, herunder til at genkalde bestemte dele af filerne, analogt med tilfældig adgangshukommelse på en computer. Selv en dobbelt forbedring af DNA-aflæsningen ville gøre det aspekt af systemet effektivt nok til kommerciel brug, mener Microsoft.

Fordi skrivning og genfinding af data i DNA er langsom, vil enhver tidlig brug af teknologien være begrænset til særlige situationer. Det kan omfatte data, der skal arkiveres af juridiske eller reguleringsmæssige årsager, såsom video fra politiets kropskamera eller lægejournaler.

Microsoft arbejder i øjeblikket med Twist Bioscience , en DNA-producent beliggende i San Francisco. Twist er et af en række nydannede virksomheder, der forsøger at forbedre DNA-produktionen, en liste, der nu omfatter startups DNAScript, Nuclera Nucleics, Evonetix, Molecular Assemblys, Catalog DNA, Helixworks og et spin-off af Oxford Nanopore kaldet Genome Foundry.

En spændende mulighed, som nogle af de startups forfølger, er at erstatte den 40 år gamle kemiske proces, der bruges til at lave DNA, med en, der anvender enzymer, som vores egen krop gør. Jean Bolot, videnskabelig direktør for Technicolor Research, i Los Altos, siger, at det finansierer et sådant arbejde på Harvard University i laboratoriet hos George Church, genomikeksperten.

Jeg er overbevist om, at vi vil have resultater at tale om i år, siger Bolot, der tilføjer, at hans virksomhed har været i diskussioner med filmstudier om, hvordan de kan anvende DNA-lagring. Han siger, at halvdelen af ​​alle film lavet før 1951 allerede er tabt, fordi de blev lagret på celluloid. Nu strækker nye formater, som high-definition video og virtual reality, studiernes evne til at bevare deres arbejde, siger han.

Zhirnov siger, at computerchipproducenter tager DNA alvorligt, fordi der er fysiske grænser for, hvor meget data, der kan lagres på konventionelle medier, såsom bånd eller harddiske. Hans organisation, som er finansieret af Microsoft, Intel og andre til at udføre anvendt forskning, begyndte at se nærmere på DNA fra og med 2013. Han siger, at halvledereksperter, der mente, at DNA var for blødt, blev overrasket over at erfare, at det varer hundrede til en tusind gange længere end en silicium enhed. Molekylet er så stabilt, at det ofte genfindes fra mammutknogler og gamle menneskelige rester.

Men dens vigtigste egenskab er tæthed. DNA kan indeholde 1.000.000.000.000.000.000 (alias en kvintillion) bytes information i en kubikmillimeter. Tætheden driver alt, siger Zhirnov.

En talsmand for Microsoft Research sagde, at virksomheden ikke kunne bekræfte detaljerne om en produktplan på nuværende tidspunkt. Inde i virksomheden vinder ideen om DNA-lagring tilsyneladende tilhængere, men den er endnu ikke universelt accepteret. Vores interne folk tror på os, men ikke båndlagringsfolkene, siger Carmean, tidligere topdesigner af chip hos Intel.

Ud over at være tæt og holdbart har DNA en yderligere fordel, som ikke ofte nævnes - dets ekstreme relevans for den menneskelige art. Tænk på de gamle disketter, du ikke kan læse mere, eller lertavler med uoverskuelige hieroglyffer. I modsætning til sådanne medier vil DNA sandsynligvis aldrig gå af mode.

Vi vil altid læse DNA, så længe vi er mennesker, siger Carmean.

skjule