Komputasi
Penyimpanan Data Berbasis DNA yang Sepenuhnya Fungsional Mungkin dengan Pencapaian Terbaru
Di dunia digital yang sangat maju saat ini, setiap bisnis bergantung pada data. Jumlah data bisnis tumbuh dengan cepat, terutama dengan munculnya teknologi canggih seperti analisis data, Internet of Things (IoT), dan AI, yang keduanya menghasilkan dan memanfaatkan volume data yang besar.
Data ini potensial sangat penting, dan sangat kritis, lebih dari sebelumnya, untuk mengamankannya dengan cara yang efisien, andal, dan aman. Untuk menyimpan data, Anda memerlukan solusi penyimpanan untuk mengakses, mengatur, mengelola, berbagi, dan menggunakan informasi penting secara efektif.
Sementara komputer Anda memiliki kemampuan penyimpanan, itu terbatas dan disimpan ke perangkat, sehingga hanya dapat digunakan saat perangkat menyala dan tetap sampai dihapus. Untuk menyimpan data Anda untuk 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 memadai, berbagi terbatas. Perangkat dalam kategori ini termasuk disket, flash drive, dan cakram optik seperti CD dan DVD.
Sekarang, penyimpanan berbasis jaringan adalah pilihan terbaik yang digunakan untuk berbagi data dan kolaborasi, karena memungkinkan beberapa komputer untuk mengakses data melalui jaringan. Pengaturan penyimpanan berbasis jaringan terutama ada dua jenis: penyimpanan terlampir jaringan (NAS) dan jaringan area penyimpanan (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 beberapa pengguna untuk menyimpan dan berbagi file melalui jaringan TCP/IP melalui Wi-Fi atau kabel.
SAN adalah jaringan khusus dengan kecepatan tinggi yang menghubungkan kumpulan perangkat penyimpanan yang dibagikan ke beberapa server. Ini melibatkan beberapa perangkat dari berbagai jenis, yang termasuk:
Disk padat (SSD) adalah jenis disk keras yang lebih cepat dari yang tradisional yang menggunakan memori flash dan flash drive, yang merupakan opsi elektronik di mana data dapat diperbarui dengan operasi hapus atau tulis. Penyimpanan hibrida, sementara itu, melibatkan campuran dari berbagai jenis penyimpanan: penyimpanan flash, SSD, dan disk drive mekanis (HDD).
Penyimpanan awan adalah metode lain yang efektif biaya dan skalabel karena data disimpan secara virtual dan, sebagai hasilnya, 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 dengan Lebih Efisien
Meskipun semua opsi ini, dunia sedang mencari solusi yang lebih efisien dalam menghadapi alam semesta digital yang diproyeksikan menambah sekitar 175 zettabytes data per tahun pada tahun 2025. Sebuah kelompok peneliti yang semakin besar sekarang mendukung DNA sebagai pilihan yang stabil dan berkelanjutan untuk memenuhi permintaan ini.
Sudah, DNA sedang dieksplorasi untuk penyimpanan data, meskipun masih dalam tahap awal, dengan ukuran pasar sebesar $70 juta. Namun, diperkirakan akan tumbuh dengan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan (CAGR) lebih dari 80% pada tahun 2032.
Penyimpanan data DNA adalah apa yang dikatakannya: menyimpan data digital dalam DNA (atau asam deoksiribonukleat), molekul yang membawa informasi genetik untuk perkembangan dan fungsional organisme.
Untuk membuat DNA, empat nukleotida yang berbeda—Adenin (A), Sitosin (C), Guanin (G), dan Timin (T)—bergabung untuk membentuk struktur heliks ganda, di mana dua rantai yang terhubung mengelilingi satu sama lain.
Saat menyimpan data dalam DNA, data biner dikodekan dalam rantai DNA sintetis dan kemudian didekodekan dari mereka. DNA dikenal karena stabilitas, kepadatan, dan kemampuan untuk bertahan lama. Kualitas ini membuat DNA menjadi medium penyimpanan yang menarik.
“DNA sintetis memiliki potensi untuk menyimpan jumlah data yang jauh lebih besar daripada perangkat saat ini, dan dengan cara yang menjanjikan untuk menjadi lebih berkelanjutan.”
– Karin Strauss, Senior Principal Research Manager di Microsoft Research
Selain menyimpan data, DNA juga dieksplorasi untuk komputasi. Selama beberapa dekade sekarang, komputasi DNA telah menjadi subjek penelitian dan pengembangan karena menawarkan manfaat skalabilitas, ketahanan, dan efisiensi energi, di antara lainnya.
Kembali pada tahun 2019, peneliti dari Microsoft dan Universitas Washington memperkenalkan sistem otomatis pertama untuk menyimpan dan mengambil data menggunakan DNA sintetis. Ini melibatkan mengkode ‘halo’ dalam molekul DNA sintetis yang dibuat di laboratorium dan kemudian mengubahnya kembali.
Pencapaian terbaru dalam komputasi molekuler menunjukkan bahwa kita mungkin bahkan dapat menjalankan jaringan komputer utuh di dalam sel hidup di masa depan. Sementara penyimpanan DNA telah ada selama beberapa waktu sekarang, studi baru ini menampilkan komputer molekuler fungsional pertama yang mampu melakukan penyimpanan dan komputasi melalui DNA bukan menggunakan listrik.
Awal tahun ini, insinyur di Universitas Minnesota dan Institut Teknologi Rochester (RIT) menemukan cara untuk memproses data yang disimpan dalam DNA. “Sirkuit terintegrasi mikrofluida” ini dirancang untuk beroperasi melalui komputasi jaringan saraf tiruan pada data yang disimpan dalam DNA. Menurut co-penulis makalah Amlan Ganguly:
“Kita berada di era big data yang perlu disimpan di suatu tempat.”
Ia juga mencatat bahwa membangun lebih banyak pusat data bukanlah jawaban karena setiap pusat data memerlukan konstruksi, pemeliharaan, dan operasi, yang tidak berkelanjutan.
Studi ini mengusulkan merepresentasikan angka-angka melalui konsentrasi larutan yang mengandung molekul DNA yang dimanipulasi secara khusus. Manipulasi ini akan merepresentasikan operasi komputasi seperti penambahan, perkalian, dan fungsi nonlinier lainnya yang penting untuk melakukan komputasi jaringan.
Beberapa tahun yang lalu, Mark Bathe, seorang profesor teknik biologis MIT dan rekan-rekannya, juga menunjukkan cara untuk memilih file yang diinginkan dari campuran banyak potongan DNA. Untuk melakukan itu, peneliti mengenkapsulasi setiap file data ke dalam partikel silica 6μm, yang diberi label dengan urutan DNA pendek yang mengungkapkan isi.
Sumber: MIT News
Membahas potensi besar DNA untuk memenuhi permintaan yang meningkat untuk menyimpan jumlah data yang besar, Bathe mencatat sifat menariknya yang tidak mengonsumsi energi apa pun setelah polimer DNA dibuat. Anda hanya menulis DNA dan menyimpannya tanpa batas waktu.
Peneliti bahkan mengusulkan menggunakan stabilitas dan ketahanan DNA untuk mengkodekan data digital untuk mengamankan dan melindungi aset digital.
Lebih banyak peneliti dan organisasi menginvestigasi potensi DNA untuk menyimpan data dan komputasi. Pasar penyimpanan data global saat ini berdiri di $217 miliar dan diperkirakan akan mencapai $777,98 miliar pada akhir dekade ini.
Terobosan Komputasi Berbasis DNA yang Merevolusi Penyimpanan Data
Dalam studi terbaru, diterbitkan di Nature, peneliti dari Universitas Johns Hopkins dan Universitas North Carolina State menunjukkan teknologi dengan fungsi penyimpanan data dan komputasi menggunakan DNA bukan elektronik.
Teknologi ini dapat berulang kali menyimpan, mengambil, menghitung, menghapus, atau menulis ulang data. Sementara teknologi penyimpanan dan komputasi DNA sebelumnya dapat melakukan beberapa tugas ini, mereka tidak dapat menyelesaikan semua tugas tersebut.
“Dalam teknologi komputasi konvensional, kita menganggap bahwa cara data disimpan dan cara data diproses kompatibel satu sama lain.”
– Albert Keung, peneliti utama dan profesor teknik kimia dan biomolekuler di NC State
Ia juga menambahkan:
“Tapi kenyataannya, penyimpanan data dan pemrosesan data dilakukan di bagian yang berbeda dari komputer, dan komputer modern adalah jaringan teknologi yang kompleks.”
Diberikan bahwa data berbasis DNA disimpan dalam bentuk asam nukleat, komputasi DNA telah bergelut dengan bagaimana menyimpan, mengambil, dan menghitungnya.
Apa yang membuat komputasi elektronik menarik adalah bahwa semua komponen perangkat kompatibel. Tapi dengan penyimpanan data berbasis DNA, itu tidak terjadi. Sementara penyimpanan data berbasis DNA menawarkan manfaat jangka panjang, diyakini bahwa mengembangkan teknologi DNA yang dapat menutupi semua operasi yang ditemukan di perangkat elektronik tradisional akan sulit atau mustahil untuk dicapai.
Sekarang, studi terbaru menunjukkan bahwa teknologi berbasis DNA ini sebenarnya “layak karena kami telah membuat satu.”
Ini dicapai dengan bantuan teknik terbaru yang telah memungkinkan penciptaan bahan polimer lunak dengan morfologi unik. Menurut co-penulis makalah Orlin Velev:
“Secara khusus, kami telah membuat struktur polimer yang kami sebut dendrikoloid — mereka mulai dari skala mikro tetapi bercabang dari satu sama lain dengan cara hierarkis untuk menciptakan jaringan serat skala nano.”
Pada tahun 2019, penelitian dari Universitas North Carolina State menunjukkan bahwa polimer yang berbeda yang mengendap dari larutan di bawah kondisi khusus dapat menciptakan bahan partikel dendritik lunak unik dengan sifat adhesif (seperti kaki kadal, yang memungkinkan mereka menempel pada hampir semua permukaan) dan struktur-pembangunan yang berbeda.
Saat itu, Velev berbagi menggunakan ‘nanomanufaktur cair’ untuk mengubah polimer menjadi partikel bercabang setelah melarutkan polimer dan mencampur larutan dengan cepat dengan cairan lain. Pencampuran cepat dalam aliran turbulen, sebuah proses yang inheren kaotik, menciptakan partikel bercabang dalam struktur hierarkis.
NC State juga mengajukan paten untuk bahan dendritik lunak serta proses pembuatannya.
Sekarang, untuk solusi penyimpanan DNA, struktur yang mereka ciptakan memiliki luas permukaan yang tinggi, yang memungkinkan peneliti untuk mendepositkan DNA di antara nanofibril. Ini dicapai tanpa mengorbankan kepadatan data, membuat DNA menarik untuk penyimpanan data.
“Anda bisa memasukkan data yang setara dengan seribu laptop ke dalam penyimpanan berbasis DNA yang ukurannya sama dengan penghapus pensil.”
– Keung
Penulis pertama makalah, Kevin Lin, seorang mantan mahasiswa Ph.D. di NC State, menyatakan bahwa kemampuan untuk membedakan antara informasi DNA dan nanofiber yang disimpannya memungkinkan melakukan banyak fungsi yang sama seperti yang dapat dilakukan dengan perangkat elektronik.
Menurutnya, informasi DNA dapat disalin langsung dari permukaan bahan tanpa merusak DNA itu sendiri. Selain kemampuan untuk menghapus potongan DNA yang ditargetkan dan kemudian menulis ulang ke permukaan yang sama, studi menemukan bahwa mendepositkan DNA pada bahan dendrikoloid sebenarnya membantu melestarikan DNA.
Velev mencatat bahwa dengan studi ini, mereka “menyediakan setara dengan sirkuit mikro,” dan bahan dendrikoloid menyediakan papan sirkuit.
Teknologi penyimpanan dan komputasi berbasis DNA baru ini, yang disebut “mesin penyimpan dan komputasi DNA primordial,” juga mampu memecahkan sudoku sederhana dan masalah catur 3 × 3. Pengujian menunjukkan bahwa teknologi ini dapat menyimpan data dengan aman selama ribuan tahun. Di atas itu, “bahan host dendrikoloid itu sendiri relatif murah dan mudah untuk difabrikasi,” menurut Velev.
Perusahaan yang Terlibat dalam Penyimpanan Data dan Komputasi DNA
Mengingat pentingnya data dan kebutuhan akan solusi yang lebih efisien, beberapa perusahaan sedang melihat ke penyimpanan data DNA, komputasi, dan teknologi molekuler. Misalnya, Thermo Fisher Scientific (TMO) menyediakan solusi komprehensif untuk pengurutan DNA dan biologi molekuler, sementara Agilent Technologies (A) fokus pada teknologi berbasis DNA, dan Pacific Biosciences of California (PACB) mengkhususkan diri dalam teknologi pengurutan panjang. Lalu ada Helixworks Technologies, yang telah membuat bahan penyimpanan data DNA yang dapat diprogram untuk mengkodekan file data atau aplikasi kecil langsung ke struktur molekuler suatu objek.
Sekarang, kita akan melihat lebih detail dua nama terkemuka di bidang ini. Kedua perusahaan ini, bersama dengan Microsoft, Western Digital, dan beberapa lembaga anggota lainnya, membentuk Aliansi Penyimpanan Data DNA. Aliansi ini bertujuan untuk mengatasi pertumbuhan data digital dengan menyampaikan solusi penyimpanan data arsip yang berkelanjutan dan berbiaya rendah menggunakan DNA dan mengeksplorasi komersialisasi awalnya.
#1. Twist Bioscience Corporation
Perusahaan ini berspesialisasi dalam DNA sintetis dan sangat fokus pada teknologi penyimpanan data DNA. Dengan kapitalisasi pasar sebesar $2,57 miliar, saham Twist Bioscience 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 )
Untuk kuartal II 2024, perusahaan melaporkan pendapatan sebesar $75,3 juta, yang merupakan peningkatan sebesar 25% dari kuartal yang sama tahun lalu. Margin grosir juga meningkat menjadi 41% dibandingkan dengan 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 menuju profitabilitas.”
– CEO dan Co-founder Emily M. Leproust, Ph.D.
#2. Illumina
Ini adalah pemimpin dalam solusi berbasis pengurutan dan array, yang sangat penting untuk pemrosesan dan penyimpanan data DNA. Dengan kapitalisasi pasar sebesar $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 )
Untuk kuartal II 2024, perusahaan melaporkan pendapatan sebesar $1,09 miliar, turun 6% dari 2Q23. Margin operasional GAAP-nya adalah 40,5%, dan margin operasional non-GAAP-nya adalah 22,2%. Pada akhir kuartal, $994 juta disimpan dalam kas, setara kas, dan investasi jangka pendek.
“Tim Illumina melaporkan hasil yang melampaui harapan kami di kuartal ini, didorong oleh eksekusi yang disiplin pada prioritas strategis kami.”
– CEO Jacob Thaysen
Kesimpulan
Pertumbuhan digitalisasi dunia berarti data digital siap untuk tumbuh secara eksponensial. Ledakan data ini akan melampaui kapasitas teknologi penyimpanan yang ada, mendorong kebutuhan untuk mengeksplorasi dan mengadopsi solusi baru seperti penyimpanan DNA.
Seperti yang ditunjukkan oleh studi baru, terobosan terus-menerus membuatnya mungkin untuk mencapai suite lengkap fungsi penyimpanan data dan komputasi. Fungsi-fungsi ini termasuk menyimpan data, memindahkan data, dan kemampuan untuk membaca, menulis ulang, menghapus, memuat ulang, atau menghitung file data tertentu — semuanya dengan cara yang dapat diprogram dan diulang tanpa merusak DNA.
DNA, molekul luar biasa yang ditemukan di setiap sel hidup, menawarkan kepadatan yang sangat tinggi, membuatnya menjadi solusi penyimpanan jangka panjang yang ideal (bukan hanya untuk ratusan tetapi ribuan tahun). Ini menunjukkan potensi besar dalam mengubah dunia penyimpanan dan komputasi.
