Komputasi
Penyimpanan Data Berbasis DNA yang Sepenuhnya Fungsional Mungkin dengan Pencapaian Terbaru
Tambahkan Securities.io ke sumber pilihan Anda di Google
Dalam dunia hiper-digital saat ini, setiap bisnis bergantung pada data. Jumlah data bisnis berkembang pesat, terutama dengan munculnya teknologi canggih seperti analitik data, Internet of Things (IoT), dan AI, yang keduanya menghasilkan dan memanfaatkan volume data yang besar.
Data ini berpotensi penting, dan kini lebih dari sebelumnya, sangat kritis untuk mengamankannya dengan cara yang efisien, dapat diandalkan, dan aman. Untuk menyimpan data, Anda memerlukan solusi penyimpanan yang dapat mengakses, mengatur, mengelola, berbagi, dan menggunakan informasi penting secara efektif.
Meskipun komputer Anda memiliki kemampuan penyimpanan, kapasitasnya terbatas dan disimpan pada perangkat, sehingga hanya dapat digunakan saat perangkat menyala dan tetap ada hingga dihapus. Untuk menyimpan data Anda dalam jangka panjang, Anda memerlukan solusi penyimpanan data.
Perangkat penyimpanan terutama dibagi menjadi dua kelompok:
- Penyimpanan area langsung (DAS)
- Penyimpanan berbasis jaringan
DAS terhubung langsung ke mesin komputasi yang mengaksesnya, dan meskipun dapat menyediakan layanan cadangan lokal yang layak, berbagi data cukup terbatas. Perangkat dalam kategori ini meliputi disket, flash drive, dan cakram optik seperti CD dan DVD.
Sekarang, penyimpanan berbasis jaringan adalah opsi terbaik untuk berbagi data dan kolaborasi, karena memungkinkan banyak komputer mengakses data melalui jaringan. Pengaturan penyimpanan berbasis jaringan pada dasarnya terbagi menjadi dua tipe: network-attached storage (NAS) dan storage area network (SAN).
NAS melibatkan perangkat yang terhubung ke jaringan. Di sini, penyimpanan dan pengambilan data dilakukan dari lokasi terpusat. Opsi penyimpanan jaringan yang terjangkau ini memungkinkan banyak pengguna menyimpan dan berbagi file melalui jaringan TCP/IP lewat Wi‑Fi atau kabel.
SAN adalah jaringan khusus berkecepatan tinggi yang menghubungkan kumpulan penyimpanan bersama ke banyak server. Ini melibatkan banyak perangkat berbagai jenis, yang meliputi:
Solid-state disk (SSD) adalah jenis hard disk yang lebih cepat daripada yang tradisional karena menggunakan memori flash, dan flash drive, yang merupakan opsi berbasis elektronik dimana data dapat diperbarui melalui operasi hapus atau tulis. Penyimpanan hibrida, di sisi lain, melibatkan kombinasi berbagai jenis penyimpanan: penyimpanan flash, SSD, dan hard disk mekanik (HDD).
Penyimpanan awan adalah metode lain yang hemat biaya dan dapat diskalakan karena data disimpan secara virtual dan, dengan demikian, memerlukan akses ke Internet atau jaringan pribadi. Penyimpanan awan hibrida menggunakan awan yang berbeda, publik, pribadi, dan hibrida, untuk beban kerja yang berbeda.
Mengembangkan Teknologi Baru untuk Menyimpan Data Digital Lebih Efisien
Meskipun ada semua opsi ini, dunia mencari solusi yang lebih efisien di tengah alam semesta digital yang diproyeksikan akan menambah sekitar 175 zettabyte data per tahun pada tahun 2025. Sekelompok peneliti yang terus berkembang kini mengadvokasi DNA sebagai opsi yang stabil dan berkelanjutan untuk memenuhi permintaan ini.
Saat ini, DNA sedang dieksplorasi untuk penyimpanan data, meskipun masih dalam tahap awal, dengan ukuran pasar hanya $70 juta. Namun, diperkirakan akan tumbuh dengan CAGR lebih dari 80% pada tahun 2032.
Penyimpanan data DNA adalah tepat seperti namanya: menyimpan data digital dalam DNA (atau asam deoksiribonukleat), molekul yang membawa informasi genetik untuk perkembangan dan fungsi organisme.
Untuk membuat DNA, empat nukleotida berbeda—Adenin (A), Sitosin (C), Guanin (G), dan Timin (T)—berkombinasi membentuk struktur heliks ganda, di mana dua untai yang terhubung melilit satu sama lain.
Saat menyimpan data dalam DNA, data biner dikodekan dalam untai DNA sintetis dan kemudian didekodekan kembali darinya. DNA dikenal stabil, padat, dan memiliki kemampuan bertahan lama. Kualitas ini menjadikan DNA media penyimpanan yang menarik.
“DNA sintetis memiliki potensi untuk menyimpan data dalam jumlah yang jauh lebih besar dibandingkan perangkat saat ini, dan dengan cara yang menjanjikan menjadi jauh lebih berkelanjutan.”
– Karin Strauss, Senior Principal Research Manager at Microsoft (MSFT ) Research
Selain menyimpan data, DNA juga telah dieksplorasi untuk komputasi. Selama beberapa dekade, komputasi DNA menjadi subjek riset dan pengembangan karena menawarkan manfaat skalabilitas, daya tahan, dan efisiensi energi, antara lain.
Pada tahun 2019, peneliti dari Microsoft dan University of Washington mengungkapkan sistem otomatis penuh pertama untuk menyimpan dan mengambil data menggunakan DNA sintetis. Ini melibatkan pengkodean ‘hello’ dalam molekul DNA sintetis yang dibuat di laboratorium dan kemudian mengubahnya kembali.
Terobosan terbaru dalam komputasi molekuler menunjukkan kita mungkin bahkan dapat menjalankan seluruh jaringan komputer di dalam sel hidup dalam waktu dekat. Meskipun penyimpanan DNA sebenarnya sudah ada sejak lama, studi baru ini menampilkan komputer molekuler fungsional pertama yang mampu melakukan penyimpanan dan komputasi melalui DNA alih-alih listrik.
Awal tahun ini, insinyur di University of Minnesota dan Rochester Institute of Technology (RIT) menemukan cara untuk memproses data yang disimpan dalam DNA. “Sirkuit terintegrasi mikrofluida” ini dirancang untuk beroperasi melalui perhitungan jaringan saraf buatan pada data yang disimpan dalam DNA. Menurut co‑author makalah Amlan Ganguly:
“Kami berada di era big data yang harus disimpan di suatu tempat.”
Dia juga mencatat bahwa membangun lebih banyak pusat data bukanlah solusi karena setiap pusat memerlukan konstruksi, pemeliharaan, dan operasi, yang tidak berkelanjutan.
Studi ini mengusulkan representasi angka melalui konsentrasi larutan yang mengandung molekul DNA yang dimanipulasi secara khusus. Manipulasi ini akan mewakili operasi komputasi seperti penjumlahan, perkalian, dan fungsi non‑linier lain yang penting untuk melakukan perhitungan jaringan.
Beberapa tahun lalu, Mark Bathe, profesor teknik biologi di MIT, bersama koleganya, juga menunjukkan cara mengambil file yang diinginkan dari campuran banyak potongan DNA. Untuk melakukannya, para peneliti mengenkapsulasi setiap file data ke dalam partikel silika berukuran 6μm, yang dilabeli dengan urutan DNA pendek yang mengungkapkan isinya.
Sumber: MIT News
Membahas potensi luas DNA untuk memenuhi permintaan penyimpanan data masif, Bathe mencatat sifat menarik DNA yang tidak mengonsumsi energi setelah polimer DNA dibuat. Anda cukup menulis DNA dan menyimpannya secara tak terbatas.
Peneliti bahkan mengusulkan menggunakan stabilitas dan daya tahan DNA untuk mengkodekan data digital demi mengamankan dan melindungi aset digital.
Lebih banyak peneliti dan organisasi sedang menyelidiki potensi DNA untuk penyimpanan data dan komputasi. Pasar penyimpanan data global saat ini berada pada $217 bln dan diproyeksikan mencapai $777,98 miliar pada akhir dekade ini.
Terobosan Komputasi Berbasis DNA Merevolusi Penyimpanan Data
Dalam studi terbaru, dipublikasikan di Nature, peneliti dari Johns Hopkins University dan North Carolina State University menunjukkan teknologi dengan fungsi penyimpanan data dan komputasi menggunakan DNA alih‑alih elektronik.
Teknologi ini dapat berulang kali menyimpan, mengambil, menghitung, menghapus, atau menulis ulang data. Sementara teknologi DNA storage dan computing sebelumnya hanya dapat melakukan sebagian tugas tersebut, mereka tidak dapat menyelesaikan semuanya.
“Dalam teknologi komputasi konvensional, kita menganggap wajar bahwa cara data disimpan dan cara data diproses kompatibel satu sama lain.”
– Albert Keung, pemimpin studi dan associate professor of chemical and biomolecular engineering at NC State
Dia juga menambahkan:
“Namun pada kenyataannya, penyimpanan data dan pemrosesan data dilakukan di bagian terpisah komputer, dan komputer modern adalah jaringan teknologi yang kompleks.”
Mengingat data berbasis DNA disimpan dalam bentuk asam nukleat, komputasi DNA telah berjuang dengan cara menyimpan, mengambil, dan menghitungnya.
Apa yang membuat komputasi elektronik menarik adalah semua komponen perangkat kompatibel. Namun dengan penyimpanan data DNA, hal itu tidak terjadi. Meskipun penyimpanan data berbasis DNA menawarkan manfaat jangka panjang, diyakini mengembangkan teknologi DNA yang dapat mencakup seluruh rangkaian operasi yang ditemukan pada perangkat elektronik tradisional akan sangat sulit atau bahkan tidak mungkin.
Sekarang, studi terbaru menunjukkan bahwa teknologi DNA‑berbasis ini sebenarnya “layak karena kami telah membuat satu.”
Hal ini dicapai dengan bantuan teknik terbaru yang memungkinkan penciptaan material polimer lunak dengan morfologi unik. Menurut co‑corresponding author makalah, Orlin Velev:
“Secara khusus, kami telah menciptakan struktur polimer yang kami sebut dendricolloids — mereka dimulai pada skala mikroskopik tetapi bercabang satu sama lain secara hierarkis untuk membentuk jaringan serat nanoskopik.”
Pada tahun 2019, riset dari North Carolina State University menunjukkan bahwa polimer berbeda yang mengendap dari larutan di bawah kondisi khusus dapat menghasilkan material partikel dendritik lunak dengan sifat adhesif unik (seperti kaki gecko, yang memungkinkan menempel pada hampir semua permukaan) dan kemampuan membangun struktur.
Pada saat itu, Velev berbagi penggunaan manufaktur nano “cair” untuk mengubah polimer menjadi partikel bercabang setelah melarutkan polimer dan mencampur larutan secara cepat dengan cairan lain. Pencampuran cepat dalam aliran turbulen, proses yang secara inheren kacau, menghasilkan partikel bercabang dalam struktur hierarkis.
NC State juga mengajukan paten pada material dendritik lunak serta proses pembuatannya.
Sekarang, untuk studi solusi penyimpanan DNA, struktur yang mereka buat memiliki area permukaan tinggi, memungkinkan peneliti menempatkan DNA di antara nanofibril. Ini dicapai tanpa mengorbankan kepadatan data, menjadikan DNA menarik untuk penyimpanan data.
“Anda dapat menempatkan data setara seribu laptop ke dalam penyimpanan berbasis DNA yang berukuran sebesar penghapus pensil.”
– Keung
Penulis pertama makalah, Kevin Lin, mantan mahasiswa Ph.D. di NC State, menyatakan bahwa kemampuan membedakan antara informasi DNA dan nanofiber tempatnya disimpan memungkinkan melakukan banyak fungsi yang sama seperti pada perangkat elektronik.
Menurutnya, informasi DNA dapat disalin langsung dari permukaan material tanpa merusak DNA itu sendiri. Selain kemampuan menghapus bagian DNA yang ditargetkan dan menulis ulangnya ke permukaan yang sama, studi menemukan bahwa menempatkan DNA pada material dendricolloid sebenarnya membantu melestarikan DNA.
Velev mencatat bahwa dengan studi ini, mereka “menyediakan setara dengan mikrosirkuit,” dan material dendricolloidal berfungsi sebagai papan sirkuit.
Teknologi penyimpanan dan komputasi berbasis DNA baru ini, yang disebut “mesin penyimpanan dan komputasi DNA primordial,” juga mampu menyelesaikan sudoku sederhana dan masalah catur 3 × 3. Pengujian menunjukkan teknologi ini dapat menyimpan data secara aman selama ribuan tahun. Selain itu, “bahan host dendrocolloidal itu sendiri relatif murah dan mudah diproduksi,” menurut Velev.
Perusahaan yang Terlibat dalam Penyimpanan Data DNA dan Komputasi
Mengingat pentingnya data dan kebutuhan akan solusi yang lebih efisien, beberapa perusahaan sedang meneliti penyimpanan data DNA, komputasi, dan teknologi molekuler. Misalnya, Thermo Fisher Scientific (TMO ) (TMO) menyediakan solusi komprehensif untuk sek sequencing DNA dan biologi molekuler, sementara Agilent Technologies (A ) (A) fokus pada teknologi berbasis DNA, dan Pacific Biosciences of California (PACB ) (PACB) mengkhususkan diri dalam teknologi sequencing bacaan panjang. Kemudian ada Helixworks Technologies, yang telah menciptakan material penyimpanan data DNA yang dapat diprogram untuk mengkodekan file data atau aplikasi kecil langsung ke dalam struktur molekuler objek.
Sekarang, kami akan melihat lebih detail dua nama terkemuka di bidang ini. Kedua perusahaan ini, bersama Microsoft, Western Digital (WDC ), dan beberapa institusi anggota lainnya, membentuk DNA Data Storage Alliance (DTST ) . Aliansi ini bertujuan mengatasi pertumbuhan data digital dengan menyediakan solusi penyimpanan arsip berbiaya rendah, berkelanjutan menggunakan DNA serta mengeksplorasi komersialisasi awalnya.
#1. Twist Bioscience Corporation
Perusahaan ini berspesialisasi dalam DNA sintetis dan sangat fokus pada teknologi penyimpanan data DNA. Dengan kapitalisasi pasar $2,57 miliar, saham Twist Bioscience (TWST ) saat ini diperdagangkan pada $43,98, naik 19,32% YTD. EPS (TTM)‑nya adalah -3,81, dan P/E (TTM)‑nya adalah -11,53.
TWST Grafik Harga
Untuk Q2 2024, perusahaan melaporkan pendapatan sebesar $75,3 juta, meningkat 25% dibandingkan kuartal yang sama tahun lalu. Margin kotor juga naik menjadi 41% dibandingkan 31%. Sementara itu, sekitar 193.000 gen dikirim selama periode tersebut. $293,3 juta dilaporkan dalam kas, setara kas, dan investasi jangka pendek.
“Kami tetap teguh dan fokus pada jalur kami menuju profitabilitas.”
– CEO dan Co‑founder Emily M. Leproust, Ph.D.
#2. Illumina
Ini adalah pemimpin dalam solusi sequencing dan berbasis array, yang penting untuk pemrosesan dan penyimpanan data DNA. Dengan kapitalisasi pasar $20,77 miliar, saham Illumina saat ini diperdagangkan pada $130,42, turun 6,33% YTD. EPS (TTM)‑nya adalah -19,18, dan P/E (TTM)‑nya adalah -6,80.
ILMN Grafik Harga
Untuk Q2 2024, perusahaan melaporkan pendapatan sebesar $1,09 miliar, turun 6% dari Q2 23. Margin operasional GAAP‑nya adalah 40,5%, dan margin operasional non‑GAAP‑nya adalah 22,2%. Pada akhir kuartal, $994 juta dipegang dalam kas, setara kas, dan investasi jangka pendek.
“Tim Illumina memberikan hasil di atas harapan kami pada kuartal ini, didorong oleh pelaksanaan disiplin pada prioritas strategis kami.”
– CEO Jacob Thaysen
Kesimpulan
Digitalisasi dunia yang terus berkembang berarti data digital siap mengalami pertumbuhan eksponensial. Ledakan data ini akan jauh melampaui kapasitas teknologi penyimpanan yang ada, mendorong kebutuhan untuk mengeksplorasi dan mengadopsi solusi baru seperti penyimpanan DNA.
Seperti yang ditunjukkan oleh studi baru, terobosan berkelanjutan membuatnya mungkin untuk mencapai rangkaian lengkap fungsi penyimpanan dan komputasi data. Operasi ini mencakup penyimpanan data, pemindahan data, serta kemampuan membaca, menulis ulang, menghapus, memuat ulang, atau menghitung file data tertentu—semua secara dapat diprogram dan berulang tanpa merusak DNA.
DNA, molekul luar biasa yang ditemukan di setiap sel hidup, menawarkan kepadatan sangat tinggi, menjadikannya solusi penyimpanan jangka panjang yang sempurna (bukan hanya untuk ratusan tetapi ribuan tahun). Ini menunjukkan potensi besarnya dalam mentransformasi dunia penyimpanan dan komputasi.
