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【DNA】DNA存储，拯救人类数据危机的良方？( 三 )


这些科研的快速发展也意味着DNA合成技术（数据写入）和DNA测序技术（数据读取）正走向成熟 。 但同时 ， DNA编码过程仍然存在着存储/读取速度和成本等问题 ， DNA存储离商业化还在路上 。
DNA存储商业化的问题与进展
在实验室里 ， 看起来DNA存储并不复杂 ， 但是在商业化上面 ， 仍然还面临着一些问题 。  
首先 ， 存储和读取的速度都很慢 。 DNA存储设备的访问速度很慢 ， 存取也很费时间 。 相比较磁盘存储的电磁信号 ， DNA合成却要依赖于一系列化学反应 。 用磁盘写入200MB数据 ， 不用1秒 ， 用DNA合成差不多得需要3周的时间 。
其次 ， DNA介质不能覆盖和重写 。 在DNA里 ， 一旦把信息存进去 ， 一般来说不能修改 。 想读取这个文档 ， 需要把全部信息完全测序出来再转码 。
第三 ， 数据存储的准确性有待提高 。 目前DNA测序时的重复读取导致读错概率较大 。
第四 ， 随机读写困难 。 目前DNA合成技术无法一次性产生较长的DNA分子 ， 只能合成众多的短片段 。 这使得在众多DNA小片段组成的混合物当中 ， 快速调取特定数据存在困难 。
最后 ， 也是最重要的 ， DNA存储成本太高了 。 比如目前DNA存储200MB数据 ， 需要耗资80万美元 ， 而用电子设备 ， 成本连1美元都不到 。
但正如上面所说 ， 如果放到更长的时间尺度上和数据存储空间压力下 ， DNA具有的大存储密度、高节能环保、超长稳定性的独特优势就显现出来了 。 只要随着存储和读取技术的发展 ， DNA编码和测序的效率提升 ， 成本大幅下降 ， DNA存储离商业化应用也就不远了 。
那么 ， 现在在商业化上有哪些进展呢？
在2015年 ， 微软公司和华盛顿大学合作发表了一个成果 ， 采用定点读取信息 ， 也就是给一个长长的DNA链里加入一些追踪标记 。 这些类似索引机制的标记 ， 可以不用每次等测序完整DNA长链 ， 就能选取合适的标记进行读取 。
2018年 ， 读取技术又实现突破 ， 微软研发了“纳米孔”读取技术 ， 让 DNA 介质列能挤过一个很小的纳米孔而读取其中每个 DNA 碱基 。 这一技术让大大缩小了读取设备的空间开支 ， 一个手掌大小的 USB 设备就能进行读取 ， 但读取速度在每秒几KB左右 ， 可以说仍然相当慢 。
2019年3月 ， 微软团队在《自然》杂志发表一项新的进展 ， 他们开发了世界上第一个自动DNA存储介质 。 相比较于手动操作进行DNA的合成和测序 ， 能够自动化方式进行DNA编解码才是未来商业化的出路 。
另外 ， 关于DNA存储和读取时长以及成本的问题 ， 一家2016年成立的美国初创公司Catalog也正试图尝试解决 。
去年 ， Catalog将一共16G的维基百科英文版文本存储在了一个DNA分子上 。 他们使用了一台DNA书写器设备 ， 以4Mbps的速度在DNA中记录这些数据 。 这意味着在一天内可以记录125GB ， 大约相当于高端手机可以存储的容量 。 这一速度已经是之前研究所存储速度的三倍 。
【DNA】DNA存储，拯救人类数据危机的良方？
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目前 ， Catalog使用了由20到30个碱基对长预制合成DNA链 ， 通过酶嵌套在一起 ， 可以存储更多的数据 。 这些片段的排列就像英语使用26个字母一样 ， 理论上可以创造出无数的组合 。 据Catalog估计 ， 未来进行1MB数据DNA存储成本将不到0.001美分 。
当然 ， 如果未来这家创业公司真的能够将成本大幅降下来 ， 那么确实有可能为DNA数据存储的商业化铺平道路 。
【DNA】DNA存储，拯救人类数据危机的良方？
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在2019年 ， 《科学美国人》与世界经济论坛联合发布的当年全球十大新兴技术中 ，DNA数据储存技术名列其中 。
可以预见 ， 磁存储和光存储方式在未来一段时间仍将占据数据存储方式的主流 。 不过 ， 即使我们不会出现地球末日这种极端情况 ， 因为近几年数据激增 ， 人类也正面临数据存储空间不足的严峻问题 。 同时 ， 数据存储需求激增 ， 带来的是硅晶片使用量的激增 ， 以及由此引发的环境污染问题、水资源和能源消耗等问题 。


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