| 导读 |
数据存储领域的变化催生了一些新的技术，譬如DNA存储技术。利用DNA存储数据的思想自“人类基因组计划”启动时萌芽，到2012年科学家首次存储了700k的数据，而后科学家提高到了22M，近日由微软和华盛顿大学的研究人员创造了新的记录，他们在比铅笔芯尖还小的DNA存储系统里完成了约200MB数据的存储工作。
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管底粉红色物质即DNA，少量DNA即可存储大量数据
存储是信息跨越时间的传播。数据存储领域正在发生着剧烈的变化，并且这种变化将是长期的一种趋势。随着数据存储领域的变化，将催生中一些新的技术改变存储领域的发展。
从20世纪开始，信息技术发生了历史性的进步，“万物皆可数”对人类历史具有深刻的意义。
最近，由微软和华盛顿大学的研究人员创造了新的记录，他们完成了约200MB数据的保存工作，其中包括《战争与和平》（Warand Peace）以及另外99部经典文学作品。
存储技术的昨天
几千年前的岩画、古书，以及近代的照相技术、留声机技术、电影技术以及现代的硬盘光盘、磁盘阵列等技术的发明，极大丰富了我们的信息获取渠道。随着存储需求量的急剧增加，到2020年，数据有望达到44万亿gigabyte（GB），这已经超出了我们现有的存储能力，且硬盘和光存储等DVD和蓝光光盘，易受损伤和退化。好消息是，研究人员开发的DNA存储技术可以填补这些缺点。
DNA存储技术的出现
你身体里每个细胞的DNA（脱氧核糖核酸）都含有数不胜数的信息量。在科学家完全绘制出基因组图谱之前，在破解核苷酸的密码过程中，少数研究者就设想利用DNA进行数据存储：利用人工合成的DNA（脱氧核糖核酸）作为存储介质，存储文本文档、图片和声音文件等数据，随后完整读取的技术，具有高效、存储量大、存储时间长、易获取且免维护的优点。
DNA存储技术的发展
DNA是一种令人难以置信的密集存储介质，每立方毫米（per cubic millimeter.）可以压缩5.5 petabit（PB，相当于10的15次方个二进制数字，125000 GB）的信息。
早在2012年，哈佛大学分子生物学家George Church向DNA中写入了一本5.34 万个单词、数据量不到1MB的书，随后将其印刷在比花粉粒还小的玻璃芯片上。
2013年，欧洲生物信息学研究所向DNA中写入了大小为739KB的声音、图像和文本以及一个26s的音频片段存储了马汀路德金（Martin Luther King）的《我有一个梦想》（I Have a Dream）的演讲稿。
今年早些时候，哈佛医学院和一个技术团队（George Church也参与）报告称，已实现了22MB数据的DNA编码，包括法国无声电影“月球旅行记”（A Trip to the Moon）。
2016年7月8日，微软宣布，利用DNA存储技术完成约200MB数据的保存，其中包括《战争与和平》（Warand Peace）以及另外99部经典文学作品。
Luis Ceze语录
与此同时，华盛顿大学教授Luis Ceze在鞋盒大小的空间存储了700 exabyte（EB，相当于1024PB）的数据。Luis Ceze教授还表示，一个鞋盒所放的数据相当于100个大型数据中心的存储量，可以保留几千年。此外，他们已经发现，猛犸象化石在猛犸象死后几千年仍然含有动物的遗传密码子，这说明DNA信息非常耐寒，能够在残酷的环境中存储数千年。
DNA是如何存储信息的？
DNA存储技术是一种基于生物分子的数据存储技术，是以人工合成的DNA（脱氧核糖核酸）分子为存储介质，以A、C 、G、T这4种碱基对信息进行编码，将信息存储于DNA分子中，同时利用现有技术实现DNA分子的复制和DNA分子碱基的修改等操作，从而实现文本文档、图片和声音视频文件等数据的存储和读取。
DNA存储技术的示意图
如上图所示：
1）首先，研究人员把数据中诸多由“0”和“1”组成的长串转换为DNA序列的四个基本组成部分：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）。
2）转换完成后，研究人员把数据分成段，并且储存到海量的人工合成的微小DNA分子中，这些分子经脱水可以保存很长时间。
3）为了便于检索存储的数据，研究团队把类似于邮政编码和街道地址的信息编入DNA序列，这样就很容易找到所需数据了。
4）通过DNA测序技术，研究人员可以“读取”数据并把它转换成原始形式，目前科学家已经成功地对图片数据和视频数据进行编码和检索。
值得一提的是，尽管DNA存储技术是可靠的，但如同硬盘驱动器和电子存储器会发生错误，DNA的写入和读取也可能存在错误，因此科学家在这一过程中还需要制定纠错码，以可靠地检索数据。
DNA存储技术的优势
相比传统存储介质，DNA是一种优良存储介质，能带来更高的存储密度和耐久性。DNA存储技术是一项着眼于未来的具有划时代意义存储技术，作为生物分子计算机领域的一个重要分支，它具有存储密度高、硬件成本低廉、存取高度并行性、扩充性强、储存长久性等优点，极有可能替代传统的存储系统。
微软首席研究员Karin Strauss表示，由于在数字存储世界里，通常是以GB或者TB来记录。虽然200MB听起来不是很多，但此前并没有任何研究者能一次性向DNA写入如此多数据。例如，2012年哈佛遗传学家George Church将他的电子书存储到DNA中，只用了700 KB的HTML文本。
微软的愿景：尽快降低成本
尽管目前还不能使用基于DNA的硬盘存储假期照片，但这个项目将人类带入了存储、处理海量数据的高效时代。科学家们还尝试储存了其他类型的文件，如100多种语言的《世界人权宣言》，《古腾堡计划》的前100种书籍，作物信托（Crop Trust）的种子库以及“OK Go's This Too Shall Pass”的高清音乐视频。
Karin Strauss还表示，目前DNA数据存储一技术实现成本昂贵且操作复杂。微软希望借助生物科技行业的研究成果来降低这一技术的最终成本。
知名市场调研机构IDC预计：科技不断发展令数据大量涌现，到明年全球范围内保存的数字化数据将达到16万亿GB。传统储存介质无法满足庞大的数据存储需求，DNA作为存储介质有望解决这一难题，生物芯片存储企业迎来发展机遇。
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