安防大數(shù)據(jù)時代下，前端視頻越發(fā)高清，海量數(shù)據(jù)成倍增長，如何保證海量數(shù)據(jù)安全存儲的同時，降低存儲系統(tǒng)的維護難度、并提升應用價值等問題撲面而來，傳統(tǒng)的單臺設備獨立存儲模式已經(jīng)無法滿足實際需求，安防存儲正在向大容量、超融合、虛擬化、云存儲方向發(fā)展。
DNA存儲技術將為安防企業(yè)停供長期廉價存儲方案
美國《科學》雜志近日發(fā)布的一項研究顯示，一克DNA的儲存容量相當于約20萬臺電腦！具體容量約為200 PB(20萬兆)。這是因為DNA具有密度大、穩(wěn)固耐用的特點。專家指出，當今時代信息爆炸，只要解決了成本問題，那么DNA儲存技術的市場空間將無可限量。
DNA存儲技術：并非首創(chuàng)
其實DNA儲存技術早已有人在做了。2012年，哈佛大學研究人員用DNA儲存了一本五萬字的圖書。歐洲生物信息研究所(European Bioinformatics Institute )也在DNA儲存了莎士比亞的十四行詩以及馬丁·路德·金的演講《我有一個夢想》的錄音帶。
突破性進展：存儲效率大幅提升
盡管不是首創(chuàng)，但是，這項DNA存儲技術目前迎來了重大突破。研究員Erlich是該研究報告的作者之一，他表示：這是因為運用了一種編碼技術，能讓DNA存儲效率提升60%，還能有效減小DNA存儲過程中的出錯率。他在美國哥倫比亞大學擔任計算機科學系教授，同時也是紐約基因組中心(New York Genome Center)的核心成員。
“把數(shù)據(jù)輸入DNA只需要不到一秒鐘。DNA說白了只不過是四種核苷酸(nucleotides)排列組合的結(jié)果。我們只需要把這些核苷酸和數(shù)據(jù)一一對應。”
研究員Erlich說，一旦掌握了編碼方法，或者找到了符合編排或數(shù)據(jù)輸入要求的DNA，那接下來的工作就很輕松了。這是因為，可以由企業(yè)來負責DNA的實際制造過程。
獨特魅力
“這么做，是為了激發(fā)人們的想象力嗎？沒錯！就是想讓人們感受到科學有趣的一面！”
DNA具有密度大、穩(wěn)定性高的優(yōu)勢，因此DNA儲存技術仍然比新興的同類技術更讓科學家著迷。研究員Kosuri說：“DNA儲存技術所涉及的難度，相當于把單個原子放在一個物體表面。” 他指的是IBM公司，該公司曾在1989成功用35個氙原子拼出了“IBM”的字樣。
他說：“排列原子也不是不可能的事，但必須要運用極高的成像技術，在接近于絕對零度的真空狀態(tài)下才能完成。這就涉及到核心技術了。相比之下，我們的DNA技術要比它更實用，雖然在存儲方面肯定沒有軟盤或U盤那么實用。”
DNA還可以儲存3D影像。雖然全息存儲(holography memory)和賽道儲存(racetrack memory )技術也可以做到，但是研究員Kosuri說，DNA技術能儲存的密度比它們要高得多。
克服技術難點
但是，DNA的合成過程是非常艱辛的。研究員Kosuri表示：“難就難在，DNA合成過程中，約有5%的時間，會損失掉隨機合成的一個DNA。而且，不僅合成困難，就連讀取DNA也是一個問題。如果有一種編碼技術能夠避免這種損失，那么DNA存儲技術就會變得簡單得多，也利索得多。”
美國《科學》雜志發(fā)布的這項研究，的確實現(xiàn)了這種編碼技術。研究員Kosuri表示，這項技術可以讓DNA合成過程中出現(xiàn)的失誤容易讓人接受。這要歸功于一種特殊的編碼技術，而用這項技術傳送數(shù)字信息，通常能夠適應連接中斷的情況發(fā)生，比如在智能手機上播放Youtube視頻。Erlich表示，這就意味著，這種編碼技術能夠處理那些比研究中使用的DNA質(zhì)量低得多的DNA。
研究員Kosuri沒有參與該項研究，但他是上述2012年哈佛大學研究報告的第一作者，如今是加利福尼亞大學洛杉磯分校(UCLA)的一名生物化學教授。
蘇黎世聯(lián)邦理工學院化學工程師Grass也參與了這項研究，他表示，研究團隊成功地在DNA中存儲并且恢復了一個操作系統(tǒng)，是個“優(yōu)雅的成就”。他還說：“我每天都在‘使用’DNA，所以我明白這項工程必須要萬無一失。” Erlich表示，他們是故意把那個操作系統(tǒng)放進DNA的。”如果不把文件完美地恢復，那么就可能會損毀某些內(nèi)容。但我們就是要證明我們不怕把這種可能會損毀的內(nèi)容放進DNA。”
Kosuri也同意這種方法十分高效：“我認為他們采用了正確的實驗測試算法。他們選對了算法，而且看起來很奏效。”
成本巨大
在化學工程師Grass看來，合成DNA的成本比編排DNA的成本還要大。他說：“雖然編排DNA的成本太高，無法實際應用，不過現(xiàn)在有了納米微孔 (nanopore) 插入計算機進行DNA編排的技術，所以它的成本越來越小了。但是，合成DNA的成本仍然十分之高。”
研究員Kosuri也表示：“DNA儲存技術規(guī)模化應用的唯一阻礙就是，它的成本實在是太高了。關于編碼、編碼的工作方式以及這種編碼是否可靠等種種問題，我們的研究報告都一一解答了。但是，唯獨成本問題，是我們目前解決不了的。”
Grass認為，要想讓DNA能夠儲存信息長達數(shù)百年之久，就必須要采用另外一些手段把DNA固定住。他解釋道，基因物質(zhì)可以在動物骨頭和動植物化石中固定保存，但是自由DNA卻不一樣，具有不穩(wěn)定性。如果把它放在實驗室，一年以后里面的信息就會開始損毀了。
前景：依然明朗
研究員Kosuri已經(jīng)不再從事DNA儲存技術研究，但是他本人對這項技術的發(fā)展還是持樂觀態(tài)度。他說：“上百萬倍的成本聽起來很嚇人，但是在過去的15年，我們已經(jīng)把成本縮小為原來的上百萬分之一了。現(xiàn)在，不僅僅是編排DNA，就連合成DNA的成本也已經(jīng)有所下降。”
研究員Erlich憧憬在未來，有人可以發(fā)明一種“專門用于DNA存儲的工序，方便我們快速合成劣質(zhì)DNA”，從而減少成本。他說：“我們可以質(zhì)量參差不齊的DNA先提取出來，然后再根據(jù)編碼方式來逐步對其進行糾正。這是我們未來的研究方向”
目前的研究是一個良好的開端。研究員已經(jīng)在DNA存儲了許多內(nèi)容，它們能靈敏地減少存儲錯誤，其中包括：一個操作系統(tǒng)、一個電腦病毒、一張價值50美元的亞馬遜禮品購物卡、1895年于法國上映的世界上第一部電影《火車到站》(Arrival of a train at La Ciotat)、航天飛行器“先驅(qū)者”(Pionner)的一塊載有人類訊息的鍍金鋁板以及美國數(shù)學家、信息論的創(chuàng)始人克勞德·艾爾伍德·香農(nóng)(Claude Elwood Shannon)于1948年發(fā)表的一篇研究報告。
研究員Erlich說：“有人問我，‘你怎么能夠把視頻存進DNA呢？’ 這也是我要向我6歲小兒子解釋的問題。”
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