Microsoft har en plan för att lägga till DNA-datalagring till sitt moln

yoshi sodeoka

Baserat på tidig forskning som involverar lagring av filmer och dokument i DNA, utvecklar Microsoft en apparat som använder biologi för att ersätta bandenheter, säger forskare på företaget.

Datorarkitekter på Microsoft Research säger att företaget har formaliserat ett mål om att ha ett operativt lagringssystem baserat på DNA som fungerar inuti ett datacenter mot slutet av detta decennium. Syftet är ett protokommersiellt system på tre år som lagrar en viss mängd data på DNA i ett av våra datacenter, för åtminstone en boutiqueapplikation, säger Doug Carmean, partnerarkitekt på Microsoft Research. Han beskriver den eventuella enheten som storleken på en stor Xerox-kopiator från 1970-talet.

Internt har Microsoft det ännu mer ambitiösa målet att ersätta bandenheter, ett vanligt format som används för att arkivera information. Vi hoppas kunna få det stämplat som 'Din lagring med DNA', säger Carmean.

Planerna signalerar hur allvarligt vissa teknikföretag tar den till synes konstiga idén att spara videor, foton eller värdefulla dokument i samma molekyl som våra gener är gjorda av. Anledningen, säger Victor Zhirnov, chefsforskare vid Semiconductor Research Corporation , är att försöken att krympa datorminne når fysiska gränser, men DNA kan lagra data med otroliga tätheter.

Formaterad i DNA skulle varje film som någonsin gjorts passa in i en volym som är mindre än en sockerbit.

DNA är det tätaste kända lagringsmediet i universum, bara baserat på fysikens lagar. Det är anledningen till att folk tittar på det här, säger Zhirnov. Och problemet vi löser är den exponentiella tillväxten av lagrad information.

I juli förra året meddelade Microsoft offentligt att de hade lagrat 200 megabyte data i DNA-strängar, inklusive en musikvideo, vilket satte rekord. Verket, beskrivet i ett papper publicerades i mars på pre-print-servern Biorxiv, har letts av Karin Strauss, från Microsoft Research, och datavetaren Luis Cezes laboratorium vid University of Washington.

Stora hinder för ett praktiskt förvaringssystem kvarstår. Att konvertera digitala bitar till DNA-kod (som består av kedjor av nukleotider märkta A, G, C och T) är fortfarande mödosamt och dyrt på grund av den kemiska process som används för att tillverka DNA-strängar. I sitt demonstrationsprojekt använde Microsoft 13 448 372 unika bitar av DNA. Experter säger att det skulle kosta 800 000 dollar att köpa så mycket material på den öppna marknaden.

Huvudfrågan med DNA-lagring är kostnaden, säger Yaniv Erlich, professor vid Columbia University som tidigare i år rapporterade en ny metod för lagring av DNA-data . Så huvudfrågan är om Microsoft löst detta problem. Baserat på deras publicering, säger Erlich, såg jag inga framsteg mot detta mål, men de kanske har något i pipeline.

Enligt Microsoft måste kostnaden för DNA-lagring sjunka med en faktor 10 000 innan den blir allmänt antagen. Även om många experter säger att det är osannolikt, tror Microsoft att sådana framsteg kan ske om datorindustrin kräver dem.

Att automatisera processen att skriva digital data till DNA kommer också att vara avgörande. Baserat på de flera veckor det tog att genomföra deras experiment, uppskattar Carmean att hastigheten för att flytta data till DNA bara var 400 byte per sekund. Microsoft säger att det måste öka till 100 megabyte per sekund.

Det är lättare att läsa informationen. Det gjordes med hjälp av en höghastighetssekvenseringsmaskin, inklusive för att återkalla specifika delar av filerna, analogt med slumpmässigt åtkomstminne på en dator. Även en tvåfaldig förbättring av DNA-läsning skulle göra den aspekten av systemet tillräckligt effektiv för kommersiellt bruk, tror Microsoft.

Eftersom att skriva och hämta data till DNA går långsamt, kommer all tidig användning av tekniken att begränsas till speciella situationer. Det kan inkludera data som behöver arkiveras av juridiska eller regulatoriska skäl, som poliskameravideo eller medicinska register.

Microsoft arbetar för närvarande med Twist Bioscience , en DNA-tillverkare som ligger i San Francisco. Twist är ett av ett antal nybildade företag som försöker förbättra DNA-produktionen, en lista som nu inkluderar startups DNAScript, Nuclera Nucleics, Evonetix, Molecular Assemblies, Catalog DNA, Helixworks och en spin-off av Oxford Nanopore som heter Genome Foundry.

En spännande möjlighet som eftersträvas av några av nystartade företag är att ersätta den 40 år gamla kemiska processen som används för att göra DNA med en som använder enzymer, som våra egna kroppar gör. Jean Bolot, vetenskaplig chef för Technicolor Research, i Los Altos, säger att det finansierar sådant arbete vid Harvard University, i laboratoriet till George Church, genomikexperten.

Jag är övertygad om att vi kommer att ha resultat att prata om i år, säger Bolot, som tillägger att hans företag har fört diskussioner med filmstudior om hur de kan använda DNA-lagring. Han säger att hälften av alla filmer som gjordes före 1951 redan är förlorade eftersom de lagrades på celluloid. Nu utökar nya format, som högupplöst video och virtuell verklighet, studiornas förmåga att bevara sitt arbete, säger han.

Zhirnov säger att datorchipstillverkare tar DNA på allvar eftersom det finns fysiska gränser för hur mycket data som kan lagras i konventionella medier, som band eller hårddiskar. Hans organisation, som finansieras av Microsoft, Intel och andra för att utföra tillämpad forskning, började titta närmare på DNA från och med 2013. Han säger att halvledarexperter som trodde att DNA var för mjukt blev förvånade när de fick veta att det varar hundra till en tusen gånger längre än en silikonenhet. Molekylen är så stabil att den ofta återvinns från mammutben och forntida mänskliga kvarlevor.

Men dess viktigaste egenskap är densitet. DNA kan innehålla 1 000 000 000 000 000 000 (aka en kvintiljon) byte information i en kubikmillimeter. Tätheten driver allt, säger Zhirnov.

En talesperson för Microsoft Research sa att företaget inte kunde bekräfta detaljerna i en produktplan för närvarande. Inom företaget vinner idén om DNA-lagring tydligen anhängare men är ännu inte allmänt accepterad. Våra interna personer tror på oss, men inte bandlagringsfolket, säger Carmean, tidigare en toppdesigner av chip på Intel.

Förutom att vara tät och hållbar har DNA en ytterligare fördel som inte nämns ofta - dess extrema relevans för den mänskliga arten. Tänk på de där gamla disketterna som du inte kan läsa längre eller lertavlor med otydliga hieroglyfer. Till skillnad från sådana medier kommer DNA förmodligen aldrig att gå ur mode.

Vi kommer alltid att läsa DNA så länge vi är människor, säger Carmean.

Dölj