DN存储新图谱：DNA存储的边界与天地( 二 )

佐治亚理工学院(GTRI)近期也公布了新进展，他们的团队设计了一种微芯片，可以显著提高以DNA形式写入数据的速度。该团队预计将比当前的DNA存储技术提高100倍。
研究机构的各种进展也使得嗅觉灵敏的投资机构风闻而来，中科碳元（深圳）、密码子（杭州）等创业公司获得数千万的天使轮融资。
而政策方面，DNA存储已经成为国家层面部署的重点发展方向。国家“十四五”规划中提到要加快布局量子计算、量子通讯、神经芯片、DNA存储等前沿技术。我们可以看到，DNA存储在政策、资本与技术的集中发力中开始蓄势待发，不过对于这类高精尖的技术来说，距离其真正的商业化落地进程还尚早。
难以突破的结构性障碍
虽然DNA存储具有较为明显突出的优势，政策、资本等也在全方位的支持，应用的前景广阔，但商业化的进展仍然十分缓慢。其最大屏障来自于其存储技术本身。
为了便于理解DNA存储的面临的技术困境，我们简单介绍一下DNA存储数据的过程。主要分为以下五个步骤：编码——将数字信息编码为DNA序列；合成——将序列融入实际的DNA分子；存储——将合成的DNA片段保存在载体或细胞中；访问——检索和选择性读取序列信息；解码——将测定的序列信息转换回数字信息。
在整个存储的过程中，编码与合成是DNA存储中较为关键和困难的环节。尤其是DNA的合成过程最为艰辛，在碱基序列融入DNA分子的过程中，很容易随机损失掉合成的DNA。
而编码是DNA存储中成本与难度较大的环节，不过随着AI、纳米微孔等技术的发展，编码环节的难度与成本都开始逐渐降低。

文章插图

DNA存储的合成过程使得数据输入和读取的效率无法提上去，花费的时间较长、成本较高。据佐治亚理工学院2021年12月披露的信息称，DNA存储速度提升到了每天写入20GB数据，这是目前已知DNA存储最快的写入速度，而目前固态硬盘的读写速度最快大约为每秒500MB。
成本方面，2017年哥伦比亚大学的实验显示，合成2MB的DNA数据需要7000美元，而读取数据需要2000美元，如果用户需要以DNA形式储存1GB的电影，编码大约需要花费358万美元，而读取数据还需要102万美元。DNA存储技术的读写速度与成本，大大制约了其规模商业化的发展。
另外一个较大的影响因素跟科研人才相关，由于DNA存储技术领域的强学科交叉性，必须依靠计算机、生物、化学、数学等多个相关学科的协同，这也就对科研人才的复合能力水平要求较高。
当然除了技术的进阶、人才的需求以外，存储的便携式要求也是其较为重要的发展方向需求。对于这类高精尖技术的设备，传统的设备都较为笨重，便携式的优化也困难重重。总的来说，DNA存储的各个环节都有较多的难关需要克服，DNA存储真正意义上的走入商业市场，进一步发展成为主流的存储设备，还需要长时间的沉淀，才能让DNA存储技术有实质的进阶。
终极存储：深空与亘古
对于数据的存储来说，多元化、智能化、绿色化是其主要的发展风向标，尤其是绿色的数据中心是主推的发展方向。
据研究机构预测，若能源利用效率得不到持续提高，数据存储用电量到2030年可能增长到全球用电总量的3%至13%。数据存储的能源功耗令人担忧，降低能耗将成为数据中心建设的首要目标，存储设备作为数据中心中最为耗能的设备，成为革新的排头兵。
目前改进常见的思路是从存储设备的硬件层面进行考量，如架构设计、芯片、硬盘介质等。而DNA存储可谓是存储的终极进化方向。据悉，麻省理工学院生物工程教授MarkBathe称，理论上，一个装满DNA的咖啡杯就可以存储世界上所有的数据。如果未来可以实现，DNA存储一定会革新存储领域的格局。