微软计划在云存储中加入基于DNA的存储单元

微软正在开发一种利用生物学技术替代磁带机的存储设备。此前，他们已经成功将电影和文件存储到DNA中。

微软研究院的计算机架构师表示，他们已设定了目标，预期在十年内打造一个可运行的存储系统，以DNA存储作为数据中心。微软研究院的合作架构师Doug Carmean说，公司期望“建立一个原始商业系统，将三年内一定量的数据存储在某个数据中心的DNA上，至少用于一项精品应用。”

最终的设备尺寸大致类似于1970年代的Xerox大型复印机。

微软内部则更为雄心勃勃：他们想彻底取代磁带机这种存储信息的常用格式。Carmean说：“我们想创建‘DNA，存储你’一类的品牌。”

这些计划表明，一些科技公司正在认真琢磨用基因来保存视频，照片或有价值的文档——虽然这个想法多少有点奇怪。半导体研究协会首席科学家Victor Zhirnov称，之所以要这样做，是因为电脑内存已经快要到达物理极限，压榨不出什么空间了，而DNA能以不可思议的密度来存储数据。

如果以DNA的形式存储现阶段每一部电影，所占用的体积不会超过一块方糖大小。

Zhirnov说：“我们正在解决的问题是如何用有限尺寸的存储单元来存储呈指数级增长的信息量。从物理学的规律来讲，DNA是目前所知宇宙中密度最高的存储介质，这就是人们研究它的原因。”

去年七月，微软公开宣布了一项新纪录，他们将200MB的数据存储至DNA链，其中包括一盘音乐录像带。这项工作由微软研究院的Karin Strauss和华盛顿大学计算机科学家Lius Ceze的实验室共同领衔完成，并于今年三月发表在Biorxiv预印版上。

当然实现基于DNA的存储系统仍然存在一个主要的问题：将数字转换为DNA代码（标记为A，G，C和T的核苷酸链）需要引入制造DNA链的化学过程，所以费时费力而且价格昂贵。微软在其示范项目中使用了13,448,372个独特的DNA片段。专家说，在公开市场上购买这么多材料得花80万美元。

今年早些时候报道利用DNA存储数据的新方法时，哥伦比亚大学教授Yaniv Erlich就说：“DNA存储的主要问题是成本问题。从微软的出版物来看，在解决这个问题方面，没有任何突破，但也许他们或多或少有一些进展。”

据微软称，DNA存储要想得到广泛使用，成本需要降低1万倍。虽然很多专家认为这不太可能，但微软认为，只要计算机行业有这样的需求，进步就可能会发生。

将数据自动写入DNA的过程也是至关重要的。根据几周的实验结果，Carmean估计DNA的数据写入速度只有400b/秒，而微软要求速度达到100Mb/秒。

读取数据则容易很多，这个过程可以高速顺序完成，包括调取文件的特定部分，类似于访问计算机上的系统内存。微软认为，即使DNA存储的读取速度只能提升两倍，商用也已经足够了。

由于DNA存储的数据写入和检索很慢，因此这项技术的早期只能用于特殊情况。比如用来存储法律和监管用途的数据，如警察的监控记录或医疗记录。

微软目前与位于旧金山的DNA制造商Twist Bioscience合作。Twist是此类旨在推进DNA生产的新公司之一，其他有有 DNAScript，Nuclera Nucleics，Evonetix，Molecular Assemblies，Catalog DNA，Helixworks等初创公司，以及牛津Nanopore的孵化公司Genome Foundry。

一些创业公司所追求的是引入一种用酶来制造DNA的方法（就像我们的身体所做的那样），来取代40年来的DNA制造化学工艺。如果成功，这将是令人兴奋的突破。洛斯阿尔托斯的Technicolor研究部科学主任Jean Bolot表示，在哈佛大学，致力于基因组学研究的乔治教堂实验室正在资助这项工作。

Bolot表示有信心今年就能拿得出结果，他的公司一直在和电影制片厂讨论如何使用DNA存储。1951年之前制作的电影中有一半因为存放在赛璐珞上而丢失。现在像高分辨率视频和虚拟现实这样的新格式正在扩展制片厂保存作品的能力。

Zhirnov表示，计算机芯片制造商正在认真对待DNA存储，因为传统媒介（如磁带或硬盘）可以存储的数据量存在物理上限。自2013年开始，他所在的半导体研究协会由微软、英特尔等公司出资展开DNA的存储应用研究。

Zhirnov称，过去那些认为DNA不可靠的半导体专家惊讶地发现，DNA的使用寿命可以比半导体器件长一百倍甚至一千倍。DNA分子是如此稳定，这也是为什么经常能从猛犸的骨头和古人的遗体中提取DNA的缘故。

不过，DNA最重要的特点其实是存储密度极高。一立方毫米的DNA分子可以存储1,000,000,000,000,000,000（十的十八次幂）字节的信息。“存储密度是人类发展这项技术的源动力。”Zhirnov说。

微软研究院的发言人表示，目前公司尚无法确认“产品计划的细节”。在公司内部，DNA储存显然拥有诸多拥趸，但仍未被普遍接受英特尔前顶尖芯片设计师Carmean说：“我们内部很多人相信DNA会成功，但有些人还是只相信磁带存储。”

除了高密度和可靠以外，DNA还有一个并不常被提及的优势，那就是它与人类的高度相关性。想想那些不能读的旧软盘，或是刻在陶片上无法解读的象形文字。不同于以往的介质，DNA可能永远不会被淘汰更替。

Carmean说：“只要我们还是人类，我们就一直都在读取DNA。”