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微软黑科技：DNA存储技术催生方糖大小的数据中心

　　北京时间 4 月 12 日消息，据科技网站 Computerworld 报道，微软和华盛顿大学研究人员已经展示了利用人工合成 DNA 作为数据存储介质的技术。研究人员表示，如果这一技术成熟到适合主流应用，装备当今存储密度最高的存储设备、沃尔玛超市般大小的数据中心，就可能“瘦身”到一块方糖大小，“我们认为，考虑把 DNA 作为存储介质，探索相关系统设计问题的时机已经成熟”。

　　DNA 存储密度惊人

　　研究团队成功地将 4 个图片文件的数据编码为人工合成 DNA 片段的核苷酸序列。更重要的是，他们能实现逆过程——从更大的 DNA 池中取回正确的核苷酸序列，重建图像，而且没有丢失 1 个字节的信息。另一项试验涉及对视频文件的编码和读取。

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　　DNA 存储技术

　　华盛顿大学计算机科学和技术副教授、论文共同作者路易斯·塞兹(Luis Ceze)在一份声明中说，“生命产生了神奇的 DNA，它能高效地存储与基因和生命活动有关的所有信息，而且非常紧凑，非常‘耐用’。我们将把 DNA 用于数据存储——图像、视频、文档，保存时间可以长达数百或数千年。”

　　DNA 存储技术研究进展神速

　　对 DNA 数据存储技术的研究进展神速。1999 年，研究人员利用 DNA 存储技术编码和恢复了一条长 23 个字母的信息。到 2013 年，欧洲分子生物学实验室-欧洲生物信息学研究所的科学家，把美国黑人运动领袖马丁·路德·金(Martin Luther King)《我有一个梦想》演讲的 mp3 文件编码在 DNA 中。

　　研究人员在发表在《自然》上的论文中称，这种编码方法使得约一杯 DNA 能存储至少 1 亿小时的高清视频。

　　据英国研究人员称，存储在 DNA 链中的数据能保存数万年。

　　在 DNA 存储技术中，读取 DNA 相对简单，主要障碍在于写 DNA。DNA 存储技术存在两个难点：其一，目前的方法只能合成短链 DNA；其二，写和读 DNA 都容易出错。

　　微软和华盛顿大学研究人员称，他们已经开发了“一种新颖的方法”，把数据中的“1”和“0”字符串转换成 DNA 序列中的 4 种碱基——腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)。

　　为了访问存储的数据，研究人员在 DNA 序列中编码了相当于邮政编码和街道地址的寻址信息。聚合酶链反应(以下简称“PCR”)技术帮助研究人员更轻松地识别他们需要查找的“邮政编码”。

　　研究人员然后利用 DNA 测序技术，“读取”数据，并通过利用“街道地址”对数据进行整理，将数据恢复成原来的视频、图像或文档。

　　研究人员表示，“DNA 是一种有吸引力的潜在数据存储介质”，理论上其存储密度比磁带高出 8 个量级，一个可以拿在手里的磁带盒存储容量高达 185TB。

　　微软和华盛顿大学研究人员也证实了人工合成 DNA 的“长寿”，称即使在恶劣环境中其半衰期也超过 500 年，磁带保存时间为 10-30 年，硬盘为3-5 年。

　　还不够完美

　　美国研究人员强调了提高存储密度的紧迫性。市场研究公司 IDC 和存储设备厂商 EMC 在《The Digital Universe》研究论文中称，到 2020 年，包含在全球计算机、历史档案、电影、照片、企业系统和移动设备中的数据量将达到 44 万亿 GB，“是 2013 年的 10 倍。尽管并非所有信息都需要保存，但世界生成数据的速度快于存储容量的增长”。

　　要进入商用阶段，DNA 存储系统还有一些问题需要解决。首先是 DNA 合成和测序还远不够完美，DNA 存储系统的一个关键部分是开发一种适当的编码技术，通过增加冗余度提高容错能力。

　　其次，DNA 存储系统中随机存取数据还是个问题，读取延迟远长于写入延迟。目前的技术只能批量读取数据，即使只从存储系统中访问一个字节的信息，系统也必须对整个 DNA 池进行测序和解码。

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