Computing
Memorizzazione di Dati Basata su DNA Completamente Funzionale Possibile con il Recente Raggiungimento
Aggiungi Securities.io alle tue fonti preferite su Google
Nel mondo iper‑digitale di oggi, ogni azienda dipende dai dati. La quantità di dati aziendali sta crescendo rapidamente, soprattutto con l’avvento di tecnologie avanzate come l’analisi dei dati, l’Internet delle Cose (IoT) e l’IA, che generano e utilizzano enormi volumi di dati.
Questi dati sono potenzialmente importanti e, ora più che mai, è fondamentale proteggerli in modo efficiente, affidabile e sicuro. Per archiviare i dati, è necessario disporre di soluzioni di archiviazione che consentano di accedere, organizzare, gestire, condividere e utilizzare le informazioni vitali in modo efficace.
Sebbene il tuo computer disponga di capacità di archiviazione, è limitata e salvata su un dispositivo, quindi può essere utilizzata solo quando il dispositivo è acceso e rimane fino a quando non viene eliminata. Per conservare i tuoi dati a lungo termine, hai bisogno di soluzioni di archiviazione dei dati.
I dispositivi di archiviazione sono principalmente divisi in due gruppi:
- Archiviazione a area diretta (DAS)
- Archiviazione basata su rete
Il DAS è collegato direttamente alla macchina di calcolo che lo utilizza e, sebbene possa fornire buoni servizi di backup locale, la condivisione è piuttosto limitata. I dispositivi in questa categoria includono dischetti, unità flash e dischi ottici come CD e DVD.
Ora, l’archiviazione basata su rete è l’opzione migliore per la condivisione e la collaborazione dei dati, poiché consente a più computer di accedere ai dati tramite una rete. Le configurazioni di archiviazione basata su rete sono principalmente di due tipi: network‑attached storage (NAS) e storage area network (SAN).
Il NAS prevede un dispositivo collegato a una rete. Qui, l’archiviazione e il recupero dei dati avvengono da un punto centralizzato. Questa opzione di archiviazione di rete conveniente consente a più utenti di archiviare e condividere file su una rete TCP/IP tramite Wi‑Fi o cavo.
Il SAN è una rete specializzata ad alta velocità che collega pool condivisi di dispositivi di archiviazione a più server. Coinvolge più dispositivi di vario tipo, che includono:
Un disco a stato solido (SSD) è un tipo di disco rigido più veloce rispetto a quelli tradizionali che utilizzano memoria flash e unità flash, che sono opzioni basate su elettronica dove i dati possono essere aggiornati mediante operazioni di cancellazione o scrittura. L’archiviazione ibrida, invece, combina diversi tipi di archiviazione: archiviazione flash, SSD e unità disco meccaniche (HDD).
L’archiviazione cloud è un altro metodo conveniente e scalabile perché i dati sono archiviati virtualmente e, pertanto, richiedono l’accesso a Internet o a una rete privata. L’archiviazione cloud ibrida utilizza diverse nuvole, pubbliche, private e ibride, per diversi carichi di lavoro.
Sviluppare Nuove Tecnologie per Archiviare i Dati Digitali in Modo più Efficiente
Nonostante tutte queste opzioni, il mondo sta cercando soluzioni più efficienti di fronte a un universo digitale destinato ad aggiungere circa 175 zettabyte di dati all’anno entro il 2025. Un numero crescente di ricercatori sta ora promuovendo il DNA come opzione stabile e sostenibile per soddisfare questa domanda.
Già, il DNA è oggetto di studio per l’archiviazione dei dati, sebbene sia ancora nelle sue fasi iniziali, con una dimensione di mercato di soli $70 million. Tuttavia, si stima che crescerà a un CAGR di oltre l’80 % entro il 2032.
L’archiviazione di dati su DNA è esattamente quello che dice: memorizzare dati digitali nel DNA (acido desossiribonucleico), la molecola che trasporta le informazioni genetiche per lo sviluppo e il funzionamento di un organismo.
Per creare il DNA, quattro nucleotidi diversi — Adenina (A), Citosina (C), Guanina (G) e Timina (T) — si combinano per formare una struttura a doppia elica, dove due filamenti collegati si avvolgono l’uno intorno all’altro.
Quando si archiviano dati nel DNA, i dati binari vengono codificati in filamenti di DNA sintetizzati e poi decodificati da essi. Il DNA è noto per essere stabile, denso e avere la capacità di durare a lungo. Queste qualità rendono il DNA un supporto di archiviazione attraente.
“Il DNA sintetico ha il potenziale di memorizzare ordini di grandezza più dati rispetto ai dispositivi odierni, e in un modo che promette di essere molto più sostenibile.”
– Karin Strauss, Senior Principal Research Manager at Microsoft (MSFT ) Research
Oltre a memorizzare dati, il DNA è stato anche esplorato per il calcolo. Per molti decenni, il calcolo su DNA è stato oggetto di ricerca e sviluppo grazie ai benefici di scalabilità, durabilità ed efficienza energetica, tra gli altri.
Nel 2019, ricercatori di Microsoft e dell’Università di Washington hanno presentato il primo sistema completamente automatizzato per archiviare e recuperare dati usando DNA sintetizzato. Questo ha comportato la codifica di ‘hello’ nelle molecole di DNA sintetico create in laboratorio e poi la sua conversione.
I recenti progressi nel calcolo molecolare suggeriscono che potremmo persino essere in grado di far funzionare intere reti di computer all’interno di cellule viventi nel prossimo futuro. Sebbene l’archiviazione su DNA esista da tempo, il nuovo studio mostra il primo computer molecolare funzionale capace sia di archiviazione sia di calcolo tramite DNA invece di elettricità.
All’inizio di quest’anno, ingegneri dell’Università del Minnesota e del Rochester Institute of Technology (RIT) hanno trovato un modo per elaborare i dati archiviati nel DNA. Questo “circuito integrato microfluidico” è progettato per operare tramite calcoli di reti neurali artificiali sui dati memorizzati nel DNA. Secondo il co‑autore del documento Amlan Ganguly:
“Siamo nell’era dei big data che devono essere archiviati da qualche parte.”
Ha anche osservato che costruire più data center non è la risposta perché ognuno richiede costruzione, manutenzione e operatività, il che non è sostenibile.
Questo studio ha proposto di rappresentare i numeri attraverso le concentrazioni di soluzioni contenenti molecole di DNA manipolate specificamente. Questa manipolazione rappresenterebbe operazioni di calcolo come addizione, moltiplicazione e altre funzioni non lineari essenziali per eseguire calcoli di rete.
Un paio di anni fa, Mark Bathe, professore di ingegneria biologica al MIT, e i suoi colleghi hanno anche mostrato un modo per estrarre il file desiderato da una miscela di molti frammenti di DNA. Per fare ciò, i ricercatori hanno incapsulato ogni file di dati in una particella di silice da 6 μm, etichettata con brevi sequenze di DNA che rivelano il contenuto.
Fonte: MIT News
Discutendo l’enorme potenziale del DNA per soddisfare le crescenti esigenze di archiviazione di enormi quantità di dati, Bathe ha osservato la sua proprietà intrigante di non consumare energia una volta creato il polimero di DNA. Si scrive semplicemente il DNA e lo si conserva indefinitamente.
I ricercatori hanno persino proposto di utilizzare la stabilità e la durabilità del DNA per codificare dati digitali al fine di proteggere e salvaguardare gli asset digitali.
Sempre più ricercatori e organizzazioni stanno investigando il potenziale del DNA per l’archiviazione dei dati e il calcolo. Il mercato globale dell’archiviazione dei dati attualmente ammonta a $217 bln e si prevede che raggiungerà la cifra impressionante di $777,98 bln entro la fine di questo decennio.
La Scoperta Rivoluzionaria del Calcolo Basato su DNA Rivoluziona l’Archiviazione dei Dati
Nell’ultimo studio, pubblicato su Nature, ricercatori della Johns Hopkins University e della North Carolina State University hanno dimostrato una tecnologia con funzioni di archiviazione e calcolo dei dati usando il DNA invece dell’elettronica.
Questa tecnologia può memorizzare, recuperare, calcolare, cancellare o riscrivere dati in modo ricorrente. Mentre le precedenti tecnologie di archiviazione e calcolo su DNA erano in grado di eseguire alcune di queste operazioni, non potevano completarle tutte.
“Nelle tecnologie di calcolo convenzionali, diamo per scontato che i modi in cui i dati sono memorizzati e i modi in cui i dati sono elaborati siano compatibili tra loro.”
– Albert Keung, il responsabile dello studio e professore associato di ingegneria chimica e biomolecolare alla NC State
Ha anche aggiunto:
“Ma in realtà, l’archiviazione dei dati e l’elaborazione dei dati avvengono in parti separate del computer, e i computer moderni sono una rete di tecnologie complesse.”
Dato che i dati basati su DNA sono memorizzati sotto forma di acidi nucleici, il calcolo su DNA ha faticato a capire come archiviare, recuperare e calcolare tali dati.
Ciò che rende attraente il calcolo elettronico è che tutti i componenti di un dispositivo sono compatibili. Ma con l’archiviazione dei dati su DNA, non è così. Sebbene l’archiviazione dei dati basata su DNA offra vantaggi a lungo termine, si ritiene che sviluppare una tecnologia DNA in grado di coprire l’intera gamma di operazioni presenti nei dispositivi elettronici tradizionali sarebbe difficile o impossibile da realizzare.
Ora, l’ultimo studio dimostra che queste tecnologie basate su DNA sono in realtà “viabili perché ne abbiamo creata una”.
Questo è stato ottenuto grazie a tecniche recenti che hanno permesso la creazione di materiali polimerici morbidi con morfologie uniche. Secondo il co‑autore corrispondente del documento, Orlin Velev:
“In particolare, abbiamo creato strutture polimeriche che chiamiamo dendricolloidi — partono a livello microscopico ma si ramificano l’una dall’altra in modo gerarchico per creare una rete di fibre nanoscalari.”
Nel 2019, la ricerca della North Carolina State University ha dimostrato che diversi polimeri precipitati da soluzioni in condizioni speciali possono creare materiali particellari dendritici morbidi con proprietà adesive uniche (come quelle dei piedi dei geco, che consentono di aderire a quasi qualsiasi superficie) e proprietà di costruzione di strutture.
All’epoca, Velev ha condiviso l’uso della nanofabbricazione ‘liquida’ per convertire i polimeri in particelle ramificate dopo aver sciolto il polimero e mescolato rapidamente la soluzione con un altro liquido. Questa rapida miscelazione in flusso turbolento, un processo intrinsecamente caotico, ha creato particelle ramificate in strutture gerarchiche.
La NC State ha anche depositato un brevetto sui materiali dendritici morbidi così come sul processo per crearli.
Ora, per lo studio sulla soluzione di archiviazione del DNA, la struttura che hanno creato ha un’alta superficie, consentendo ai ricercatori di depositare DNA tra le nanofibrille. Questo è stato ottenuto senza sacrificare la densità dei dati, rendendo il DNA attraente per l’archiviazione dei dati.
“Potresti inserire dati equivalenti a mille laptop in un archivio basato su DNA delle dimensioni di una gomma per matita.”
– Keung
Il primo autore del documento, Kevin Lin, ex dottorando alla NC State, ha dichiarato che la capacità di distinguere tra le informazioni del DNA e le nanofibre su cui è memorizzato consente di eseguire molte delle stesse funzioni che si possono con i dispositivi elettronici.
Secondo lui, le informazioni del DNA possono essere copiate direttamente dalla superficie del materiale senza danneggiare il DNA stesso. Oltre alla capacità di cancellare segmenti specifici di DNA e poi riscriverli sulla stessa superficie, lo studio ha scoperto che depositare DNA sul materiale dendricolloide ha effettivamente aiutato a preservare il DNA.
Velev ha osservato che con lo studio stanno “fornendo l’equivalente di microcircuiti”, e il materiale dendricolloidale fornisce la scheda del circuito.
Questa nuova tecnologia di archiviazione e calcolo basata su DNA, chiamata “motore primordiale di archiviazione e calcolo DNA”, è anche in grado di risolvere semplici sudoku e problemi di scacchi 3 × 3. I test suggeriscono che la tecnologia potrebbe conservare i dati in modo sicuro per migliaia di anni. Inoltre, “il materiale ospite dendrocolloidale è relativamente poco costoso e facile da fabbricare”, secondo Velev.
Aziende Coinvolte nell’Archiviazione e nel Calcolo dei Dati su DNA
Data l’importanza dei dati e la necessità di soluzioni più efficienti, diverse aziende stanno esplorando l’archiviazione dei dati su DNA, il calcolo e le tecnologie molecolari. Ad esempio, Thermo Fisher Scientific (TMO ) (TMO) fornisce soluzioni complete per il sequenziamento del DNA e la biologia molecolare, mentre Agilent Technologies (A ) (A) si concentra su tecnologie basate su DNA, e Pacific Biosciences of California (PACB ) (PACB) è specializzata nella tecnologia di sequenziamento a lettura lunga. Poi c’è Helixworks Technologies, che ha creato un materiale di archiviazione dati programmabile su DNA per codificare file di dati o piccole applicazioni direttamente nella struttura molecolare di un oggetto.
Ora, esamineremo più in dettaglio due nomi di spicco in questo campo. Entrambe queste aziende, insieme a Microsoft, Western Digital (WDC ) e diverse altre istituzioni membri, hanno formato la DNA Data Storage Alliance (DTST ) . L’alleanza mira ad affrontare la crescita dei dati digitali fornendo una soluzione di archiviazione dati a basso costo, sostenibile e di archivio usando il DNA e esplorando la sua prima commercializzazione.
#1. Twist Bioscience Corporation
Questa azienda è specializzata in DNA sintetico e si concentra fortemente sulle tecnologie di archiviazione dei dati su DNA. Con una capitalizzazione di mercato di 2,57 miliardi di dollari, le azioni di Twist Bioscience (TWST ) attualmente sono scambiate a 43,98 $, in rialzo del 19,32 % YTD. Il suo EPS (TTM) è -3,81, e il suo P/E (TTM) è -11,53.
TWST Grafico dei prezzi
Per il secondo trimestre del 2024, l’azienda ha riportato un fatturato di 75,3 milioni di dollari, con un aumento del 25 % rispetto allo stesso trimestre dell’anno precedente. Il margine lordo è anche aumentato al 41 % rispetto al 31 %. Nel frattempo, circa 193.000 geni sono stati spediti durante il periodo. Sono stati segnalati 293,3 milioni di dollari in contanti, equivalenti di cassa e investimenti a breve termine.
“Rimaniamo fermi e concentrati sul nostro percorso verso la redditività.”
– CEO e Co‑fondatrice Emily M. Leproust, Ph.D.
#2. Illumina
Questa è una leader nelle soluzioni di sequenziamento e basate su array, essenziali per l’elaborazione e l’archiviazione dei dati su DNA. Con una capitalizzazione di mercato di 20,77 miliardi di dollari, le azioni di Illumina attualmente sono scambiate a 130,42 $, in calo del 6,33 % YTD. Il suo EPS (TTM) è -19,18, e il suo P/E (TTM) è -6,80.
ILMN Grafico dei prezzi
Per il secondo trimestre del 2024, l’azienda ha riportato un fatturato di 1,09 miliardi di dollari, in calo del 6 % rispetto al 2Q23. Il suo margine operativo GAAP era del 40,5 %, e il margine operativo non GAAP era del 22,2 %. Alla fine del trimestre, 994 milioni di dollari erano detenuti in contanti, equivalenti di cassa e investimenti a breve termine.
“Il team di Illumina ha consegnato risultati superiori alle nostre aspettative nel trimestre, guidati da un’esecuzione disciplinata delle nostre priorità strategiche.”
– CEO Jacob Thaysen
Conclusione
La crescente digitalizzazione del mondo significa che i dati digitali sono destinati a una crescita esponenziale. Questa esplosione di dati supererà di gran lunga la capacità delle tecnologie di archiviazione esistenti, spingendo la necessità di esplorare e adottare nuove soluzioni come l’archiviazione su DNA.
Come dimostrato dal nuovo studio, i continui progressi rendono possibile ottenere una suite completa di funzioni di archiviazione e calcolo dei dati. Queste operazioni includono l’archiviazione dei dati, lo spostamento dei dati e la capacità di leggere, riscrivere, cancellare, ricaricare o calcolare file di dati specifici, tutto in modo programmabile e ripetibile senza degradare il DNA.
Il DNA, una molecola straordinaria presente in ogni cellula vivente, offre una densità estremamente elevata, rendendolo la soluzione di archiviazione a lungo termine perfetta (non solo per centinaia ma per migliaia di anni). Questo indica il suo enorme potenziale nel trasformare il mondo dell’archiviazione e del calcolo.
