Computing
W pełni funkcjonalne przechowywanie danych na bazie DNA jest możliwe dzięki niedawnym osiągnięciom
Securities.io utrzymuje rygorystyczne standardy redakcyjne i może otrzymywać wynagrodzenie z przeglądanych linków. Nie jesteśmy zarejestrowanym doradcą inwestycyjnym i nie jest to porada inwestycyjna. Zapoznaj się z naszymi ujawnienie informacji o stowarzyszeniu.
W dzisiejszym hipercyfrowym świecie każda firma opiera się na danych. Ilość danych biznesowych gwałtownie rośnie, zwłaszcza wraz z pojawieniem się zaawansowanych technologii, takich jak analityka danych, Internet przedmiotów (Internet przedmiotów)i AI, które generują i wykorzystują ogromne ilości danych.
Dane te mają potencjalne znaczenie i teraz, bardziej niż kiedykolwiek, kluczowe jest ich zabezpieczenie w sposób wydajny, niezawodny i bezpieczny. Aby przechowywać dane, potrzebne są rozwiązania umożliwiające efektywny dostęp, organizację, zarządzanie, udostępnianie i wykorzystywanie kluczowych informacji.
Chociaż Twój komputer ma pojemność pamięci masowej, jest ona ograniczona i zapisywana na urządzeniu, więc można z niej korzystać tylko wtedy, gdy urządzenie jest włączone i pozostaje ona aktywna do momentu usunięcia. Aby przechowywać dane długoterminowo, potrzebujesz rozwiązań do przechowywania danych.
Urządzenia pamięci masowej są głównie podzielone na dwie grupy:
- Bezpośrednie magazynowanie powierzchniowe (DAS)
- Pamięć masowa oparta na sieci
DAS jest bezpośrednio połączony z komputerem, który uzyskuje do niego dostęp, i chociaż może zapewnić przyzwoite lokalne usługi tworzenia kopii zapasowych, udostępnianie jest raczej ograniczone. Urządzenia w tej kategorii obejmują dyskietki, dyski flash i dyski optyczne, takie jak CD i DVD.
Obecnie pamięć masowa oparta na sieci jest opcją najlepiej wykorzystywaną do udostępniania danych i współpracy, ponieważ umożliwia wielu komputerom dostęp do danych za pośrednictwem sieci. Konfiguracje pamięci masowej opartej na sieci są zasadniczo dwóch typów: pamięć masowa podłączona do sieci (NAS) i sieć obszaru pamięci masowej (SAN).
NAS to urządzenie podłączone do sieci. Tutaj przechowywanie i pobieranie danych odbywa się z centralnej lokalizacji. Ta niedroga opcja przechowywania w sieci umożliwia wielu użytkownikom przechowywanie i udostępnianie plików w sieci TCP/IP za pośrednictwem Wi-Fi lub kabla.
SAN to specjalistyczna, szybka sieć, która łączy współdzielone pule urządzeń pamięci masowej z wieloma serwerami. Obejmuje wiele urządzeń różnego rodzaju, w tym:
Dysk półprzewodnikowy (SSD) to rodzaj dysku twardego, który jest szybszy od tradycyjnych dysków wykorzystujących pamięć flash i dyski flash, które są opcjami opartymi na elektronice, gdzie dane mogą być aktualizowane poprzez operacje wymazywania lub zapisu. Tymczasem hybrydowa pamięć masowa obejmuje mieszankę różnych typów pamięci masowej: pamięci flash, dyski SSD i dyski twarde (HDD).
Przechowywanie w chmurze to kolejna opłacalna i skalowalna metoda, ponieważ dane są przechowywane wirtualnie i jako takie wymagają dostępu do Internetu lub sieci prywatnej. Hybrydowe przechowywanie w chmurze wykorzystuje różne chmury, publiczne, prywatne i hybrydowe, do różnych obciążeń.
Opracowywanie nowej technologii w celu wydajniejszego przechowywania danych cyfrowych
Pomimo wszystkich tych opcji świat poszukuje bardziej wydajnych rozwiązań w obliczu przewidywanego wzrostu liczby urządzeń cyfrowych około 175 zettabajtów danych rocznie do 2025 r. Coraz większa grupa badaczy opowiada się obecnie za DNA jako stabilną i zrównoważoną opcją zaspokojenia tego zapotrzebowania.
Już teraz prowadzone są badania nad DNA pod kątem możliwości przechowywania danych, choć prace te są jeszcze na wczesnym etapie, wielkość rynku wynosząca zaledwie 70 milionów dolarów. Szacuje się jednak, że do 80 r. będzie on rósł w tempie CAGR przekraczającym 2032%.
Przechowywanie danych DNA polega dokładnie na tym, co sugeruje jego nazwa: na przechowywaniu danych cyfrowych w DNA (lub kwasie deoksyrybonukleinowym), cząsteczce będącej nośnikiem informacji genetycznej dotyczącej rozwoju i funkcjonowania organizmu.
W celu wytworzenia DNA cztery różne nukleotydy — adenina (A), cytozyna (C), guanina (G) i tymina (T) — łączą się, tworząc strukturę podwójnej helisy, w której dwa połączone nici oplatają się nawzajem.
Podczas przechowywania danych w DNA dane binarne są kodowane w syntetyzowanych niciach DNA, a następnie dekodowane z nich. DNA jest znane ze swojej stabilności, gęstości i zdolności do długiego trwania. Te cechy sprawiają, że DNA jest atrakcyjnym medium do przechowywania.
„Syntetyczne DNA ma potencjał przechowywania o rzędy wielkości większej ilości danych niż dzisiejsze urządzenia, i to w sposób, który obiecuje być o wiele bardziej zrównoważony”.
– Karin Strauss, starsza główna menedżerka ds. badań w Microsoft Research
Oprócz przechowywania danych DNA ma również zostało zbadane do obliczeń. Od wielu dziesięcioleci obliczenia DNA są przedmiotem badań i rozwoju ze względu na oferowanie korzyści skalowalności, trwałości i efektywności energetycznej, między innymi.
W 2019 roku naukowcy z Microsoftu i Uniwersytetu Waszyngtońskiego zaprezentował pierwszy w pełni zautomatyzowany system do przechowywania i wyszukiwania danych przy użyciu syntetyzowanego DNA. Polegało to na zakodowaniu „hello” w cząsteczkach syntetycznego DNA stworzonych w laboratorium, a następnie jego ponownej konwersji.
Ostatnie przełomy w obliczeniach molekularnych sugerują, że w niedalekiej przyszłości możemy nawet uruchomić całe sieci komputerowe wewnątrz żywych komórek. Podczas gdy przechowywanie DNA istnieje już od jakiegoś czasu, nowe badanie prezentuje pierwszy funkcjonalny komputer molekularny zdolny zarówno do przechowywania, jak i obliczania za pośrednictwem DNA zamiast używania elektryczności.
Na początku tego roku inżynierowie z University of Minnesota i Rochester Institute of Technology (RIT) Znalazł sposób do przetwarzania danych przechowywanych w DNA. Ten „mikroprzepływowy układ scalony” jest zaprojektowany do działania za pośrednictwem obliczeń sztucznej sieci neuronowej na danych przechowywanych w DNA. Według współautora artykułu Amlana Ganguly’ego:
„Żyjemy w epoce big data, które trzeba gdzieś przechowywać”.
Zauważył również, że budowanie większej liczby centrów danych nie jest rozwiązaniem, ponieważ każde z nich wymaga budowy, konserwacji i obsługi, a to nie jest zrównoważone.
W tym badaniu zaproponowano reprezentację liczb poprzez stężenia roztworów zawierających specjalnie zmanipulowane cząsteczki DNA. Ta manipulacja reprezentowałaby operacje obliczeniowe, takie jak dodawanie, mnożenie i inne nieliniowe funkcje niezbędne do wykonywania obliczeń sieciowych.
Kilka lat temu Mark Bathe, profesor inżynierii biologicznej na MIT, i jego współpracownicy również prezentowany sposób na wybranie pożądanego pliku z mieszanki wielu fragmentów DNA. Aby to zrobić, naukowcy zamknęli każdy plik danych w 6μm cząsteczce krzemionki, oznaczonej krótkimi sekwencjami DNA, które ujawniają zawartość.
Źródło: MIT News
Omawiając ogromny potencjał DNA w zakresie zaspokajania rosnących potrzeb związanych z przechowywaniem ogromnych ilości danych, Bathe zwrócił uwagę na jego intrygującą właściwość – brak zużycia energii po utworzeniu polimeru DNA. Wystarczy zapisać DNA i przechowywać je w nieskończoność.
Naukowcy mają nawet zaproponowane wykorzystując stabilność i trwałość DNA do kodowania danych cyfrowych w celu zabezpieczenia i ochrony zasobów cyfrowych.
Więcej badaczy i organizacji badamy potencjał DNA w zakresie przechowywania danych i obliczeń. Globalny rynek pamięci masowej wynosi obecnie 217 miliardów dolarów oraz Prognozuje się, że do końca tej dekady wartość ta osiągnie oszałamiającą kwotę 777.98 mld dolarów.
Przełom w dziedzinie obliczeń opartych na DNA rewolucjonizuje przechowywanie danych
W najnowszym badaniu opublikowane w NatureNaukowcy z Johns Hopkins University i North Carolina State University zaprezentowali technologię obejmującą funkcje przechowywania danych i obliczeń, wykorzystującą DNA zamiast elektroniki.
Technologia ta umożliwia wielokrotne przechowywanie, odzyskiwanie, przetwarzanie, kasowanie lub przepisywanie danych. Chociaż wcześniejsze technologie przechowywania i przetwarzania DNA były w stanie wykonać niektóre z tych zadań, nie były w stanie wykonać wszystkich.
„W konwencjonalnych technologiach komputerowych przyjmujemy za pewnik, że sposoby przechowywania danych i ich przetwarzania są ze sobą kompatybilne”.
– Albert Keung, kierownik badań i adiunkt inżynierii chemicznej i biomolekularnej na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej
Dodał również:
„W rzeczywistości jednak przechowywanie i przetwarzanie danych odbywa się w oddzielnych częściach komputera, a współczesne komputery stanowią sieć złożonych technologii”.
Biorąc pod uwagę fakt, że dane oparte na DNA przechowywane są w postaci kwasów nukleinowych, informatyka bazująca na DNA boryka się z problemem ich przechowywania, pobierania i obliczania.
Atrakcyjność komputerów elektronicznych wynika z kompatybilności wszystkich komponentów urządzenia. W przypadku przechowywania danych w oparciu o DNA jest inaczej. Chociaż przechowywanie danych w oparciu o DNA oferuje długoterminowe korzyści, uważa się, że opracowanie technologii DNA, która obejmowałaby pełen zakres operacji występujących w tradycyjnych urządzeniach elektronicznych, byłoby trudne lub wręcz niemożliwe.
Najnowsze badania dowodzą, że technologie oparte na DNA są „opłacalne, ponieważ je stworzyliśmy”.
Osiągnięto to dzięki pomocy niedawnych technik, które umożliwiły tworzenie miękkich materiałów polimerowych o unikalnej morfologii. Według współautora korespondencyjnego artykułu, Orlina Veleva:
„Konkretnie rzecz biorąc, stworzyliśmy struktury polimerowe, które nazywamy dendrykoloidami — zaczynają się w mikroskali, ale rozgałęziają się od siebie w sposób hierarchiczny, tworząc sieć włókien nanometrycznych”.
W 2019 roku badania przeprowadzone na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej wykazały, że różne polimery wytrącane z roztworów w specjalnych warunkach mogą tworzyć wyjątkowe, miękkie materiały w postaci cząstek dendrytycznych, które charakteryzują się wyjątkową przyczepnością (podobną do stóp gekona, dzięki której mogą one przylegać do niemal każdej powierzchni) i zdolnością do budowania struktur.
W tamtym czasie Velev ujawnił, że wykorzystuje „płynną” nanotechnologię do przekształcania polimerów w rozgałęzione cząsteczki po rozpuszczeniu polimeru i szybkim zmieszaniu roztworu z inną cieczą. To szybkie mieszanie w przepływie turbulentnym, z natury chaotycznym, prowadziło do powstania rozgałęzionych cząsteczek o strukturze hierarchicznej.
Uniwersytet Stanowy Karoliny Północnej złożył również wniosek patentowy na miękkie materiały dendrytyczne oraz proces ich wytwarzania.
Teraz, w ramach badań nad roztworem do przechowywania DNA, naukowcy opracowali strukturę o dużej powierzchni, która umożliwia osadzanie DNA pomiędzy nanofibrylami. Ten zostało osiągnięte bez utraty gęstości danych, co sprawia, że DNA staje się atrakcyjne do przechowywania danych.
„Można by zmieścić dane o wartości tysiąca laptopów w pamięci opartej na DNA, która jest tej samej wielkości co gumka do ołówka”.
– Kung
Pierwszy autor artykułu, Kevin Lin, były doktorant na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej, stwierdził, że umiejętność rozróżniania informacji zawartych w DNA od zapisanych nanowłókien pozwala na wykonywanie wielu takich samych funkcji, jak w przypadku urządzeń elektronicznych.
Według niego, informacje DNA mogą być kopiowane bezpośrednio z powierzchni materiału bez szkody dla samego DNA. Oprócz możliwości usuwania docelowych fragmentów DNA, a następnie ponownego ich zapisu na tej samej powierzchni, badanie wykazało, że osadzanie DNA na materiale dendrykoloidowym faktycznie pomogło zachować DNA.
Velev zauważył, że dzięki temu badaniu „dostarczają odpowiednik mikroukładów”, a materiał dendrykoloidalny stanowi płytkę drukowaną.
Ta nowa technologia przechowywania i przetwarzania oparta na DNA, zwana „pierwotnym magazynem DNA i silnikiem obliczeniowym”, jest również w stanie rozwiązywać proste sudoku i problemy szachowe 3 × 3. Testy sugerują, że technologia ta może bezpiecznie przechowywać dane przez tysiące lat. Co więcej, jak twierdzi Velev, „sam materiał żywiciela dendrokoloidalnego jest stosunkowo niedrogi i łatwy w produkcji”.
Firmy zajmujące się przechowywaniem danych DNA i obliczeniami
Biorąc pod uwagę znaczenie danych i potrzebę bardziej wydajnych rozwiązań, wiele firm bada możliwości przechowywania danych DNA, obliczeń i technologii molekularnych. Na przykład Thermo Fisher Scientific (TMO) oferuje kompleksowe rozwiązania w zakresie sekwencjonowania DNA i biologii molekularnej, Agilent Technologies (A) koncentruje się na technologiach opartych na DNA, a Pacific Biosciences of California (PACB) specjalizuje się w technologii sekwencjonowania długich odczytów. Z kolei Helixworks Technologies stworzył programowalny materiał do przechowywania danych DNA, umożliwiający kodowanie plików danych lub małych aplikacji bezpośrednio w strukturze molekularnej obiektu.
Przyjrzyjmy się teraz bliżej dwóm znanym firmom w tej dziedzinie. Obie te firmy, wraz z Microsoftem, Western Digital i kilkoma innymi instytucjami członkowskimi, utworzyły Sojusz przechowywania danych DNA. Sojusz ma na celu rozwiązanie problemu wzrostu danych cyfrowych poprzez dostarczenie niedrogiego, zrównoważonego rozwiązania do przechowywania danych archiwalnych przy użyciu DNA i zbadanie jego wczesnej komercjalizacji.
# 1. Korporacja Twist Bioscience
Firma specjalizuje się w syntetycznym DNA i koncentruje się głównie na technologiach przechowywania danych opartych na DNA. Przy kapitalizacji rynkowej wynoszącej 2.57 miliarda dolarów, akcje Twist Bioscience są obecnie notowane po 43.98 dolarów, co oznacza wzrost o 19.32% od początku roku. Zysk na akcję (EPS) (TTM) wynosi -3.81, a wskaźnik P/E (TTM) -11.53.
(TWST )
Za II kwartał 2 r. spółka zgłaszane przychód w wysokości 75.3 mln USD, co stanowi wzrost o 25% w porównaniu z analogicznym kwartałem ubiegłego roku. Marża brutto również wzrosła do 41% w porównaniu z 31%. Tymczasem w tym okresie wysłano około 193,000 293.3 genów. XNUMX mln USD był zgłoszony w gotówce, ekwiwalentach gotówki i krótkoterminowych inwestycjach.
„Pozostajemy niezłomni i skoncentrowani na drodze do rentowności”.
– Dyrektor generalny i współzałożycielka Emily M. Leproust, Ph.D.
# 2. Illumina
Jest liderem w dziedzinie rozwiązań sekwencjonowania i macierzowych, które są niezbędne do przetwarzania i przechowywania danych DNA. Przy kapitalizacji rynkowej wynoszącej 20.77 mld dolarów, akcje Illumina są obecnie notowane po 130.42 dolarów, co oznacza spadek o 6.33% od początku roku. Zysk na akcję (EPS) (TTM) wynosi -19.18, a wskaźnik P/E (TTM) -6.80.
(ILMN )
Za II kwartał 2 r. spółka zgłaszane przychody w wysokości 1.09 mld USD, co stanowi spadek o 6% w porównaniu z 2 kw. 23 r. Marża operacyjna GAAP wyniosła 40.5%, a marża operacyjna non-GAAP wyniosła 22.2%. Pod koniec kwartału 994 mln USD znajdowało się w gotówce, ekwiwalentach gotówki i krótkoterminowych inwestycjach.
„Zespół Illumina osiągnął w tym kwartale wyniki przekraczające nasze oczekiwania, dzięki zdyscyplinowanej realizacji naszych priorytetów strategicznych”.
– Dyrektor generalny Jacob Thaysen
Wniosek
Rosnąca digitalizacja świata oznacza, że dane cyfrowe są gotowe na wykładniczy wzrost. Ta eksplozja danych ma znacznie przekroczyć pojemność istniejącej technologii przechowywania, co napędza potrzebę eksploracji i przyjmowania nowych rozwiązań, takich jak przechowywanie DNA.
Jak wykazały nowe badania, trwające przełomy umożliwiają osiągnięcie pełnego zestawu funkcji przechowywania danych i obliczeń. Operacje te obejmują przechowywanie danych, przenoszenie danych oraz możliwość odczytu, ponownego zapisu, usuwania, ponownego ładowania lub obliczania określonych plików danych — wszystko w programowalny i powtarzalny sposób bez degradacji DNA.
DNA, niezwykła cząsteczka występująca w każdej żywej komórce, oferuje niezwykle wysoką gęstość, co czyni ją idealnym rozwiązaniem do długoterminowego przechowywania (nie tylko na setki, ale na tysiące lat). Wskazuje to na jej ogromny potencjał w przekształcaniu świata pamięci masowej i komputerów.
