Computing
Ganap na Functional na DNA-based na Imbakan ng Data Posible sa Kamakailang Tagumpay
Idagdag ang Securities.io sa mga gusto mong mapagkunan sa Google
Sa kasalukuyang hyper-digital na mundo, ang bawat negosyo ay umaasa sa data. Ang dami ng data ng negosyo ay mabilis na lumalaki, lalo na sa pagdating ng mga advanced na teknolohiya tulad ng data analytics, ang Internet of Things (IoT), at AI, na parehong lumilikha at gumagamit ng napakalaking dami ng data.
Ang data na ito ay maaaring mahalaga, at kritikal, lalo na ngayon, na maprotektahan ito sa isang mahusay, maaasahan, at ligtas na paraan. Upang mag-imbak ng data, kailangan mo ng mga solusyon sa imbakan upang epektibong ma-access, maayos, pamahalaan, ibahagi, at magamit ang mahahalagang impormasyon.
Bagaman ang iyong computer ay may kakayahang mag-imbak, ito ay limitado at naka-save sa isang device, kaya maaari lamang itong magamit habang naka-on ang device at nananatili hanggang ito ay mabura. Upang mag-imbak ng iyong data nang pangmatagalan, kailangan mo ng mga solusyon sa imbakan ng data.
Ang mga storage device ay pangunahing hinahati sa dalawang grupo:
- Direct area storage (DAS)
- Network-based storage
Ang DAS ay direktang nakakonekta sa computing machine na kumukuha nito, at bagaman makapagbigay ito ng maayos na lokal na backup services, limitado ang pagbabahagi. Ang mga device sa kategoryang ito ay kinabibilangan ng mga diskettes, flash drives, at optical discs tulad ng CD at DVD.
Ngayon, ang network-based storage ay ang pinakamainam na opsyon para sa pagbabahagi at kolaborasyon ng data, dahil pinapayagan nito ang maraming computer na ma-access ang data sa pamamagitan ng network. Ang mga setup ng network-based storage ay pangunahing may dalawang uri: network-attached storage (NAS) at storage area network (SAN).
Ang NAS ay kinabibilangan ng isang device na nakakonekta sa isang network. Dito, ang pag-imbak at pagkuha ng data ay ginagawa mula sa isang sentralisadong lokasyon. Ang abot-kayang opsyon na ito sa network storage ay nagpapahintulot sa maraming gumagamit na mag-imbak at magbahagi ng mga file sa pamamagitan ng TCP/IP network gamit ang Wi-Fi o cable.
Ang SAN ay isang espesyal na, high-speed na network na nag-uugnay ng mga shared pool ng storage device sa maraming server. Kabilang dito ang iba’t ibang uri ng device, kabilang ang:
Ang solid-state disk (SSD) ay isang uri ng hard disk na mas mabilis kaysa sa tradisyonal na gumagamit ng flash memory at flash drives, na mga elektronikong opsyon kung saan ang data ay maaaring i-update sa pamamagitan ng erase o write operations. Ang hybrid storage, samantala, ay kinabibilangan ng halo ng iba’t ibang uri ng imbakan: flash storage, SSDs, at mechanical disk drives (HDDs).
Ang cloud storage ay isa pang cost-effective at scalable na paraan dahil ang data ay naka-imbak nang virtual at, bilang gayon, nangangailangan ng access sa Internet o pribadong network. Ang hybrid cloud storage ay gumagamit ng iba’t ibang cloud—public, private, at hybrid—para sa iba’t ibang workload.
Pagbuo ng Bagong Teknolohiya upang Mas Epektibong Mag-imbak ng Digital na Data
Sa kabila ng lahat ng opsyong ito, ang mundo ay naghahanap ng mas epektibong solusyon sa harap ng isang digital na uniberso na inaasahang magdadagdag ng humigit-kumulang 175 zettabytes ng data bawat taon pagsapit ng 2025. Ang lumalaking grupo ng mga mananaliksik ay ngayon nagtataguyod ng DNA bilang isang matatag at napapanatiling opsyon upang matugunan ang pangangailangang ito.
Sa kasalukuyan, ang DNA ay sinusuri para sa pag-imbak ng data, bagaman ito ay nasa maagang yugto pa lamang, na may laki ng merkado na $70 million. Gayunpaman, tinatayang lalago ito sa CAGR na higit sa 80% pagsapit ng 2032.
Ang DNA data storage ay eksaktong kung ano ang sinasabi nito: pag-imbak ng digital na data sa DNA (o deoxyribonucleic acid), ang molekula na nagdadala ng genetic na impormasyon para sa pag-unlad at pag-andar ng isang organismo.
Upang lumikha ng DNA, apat na iba’t ibang nucleotides—Adenine (A), Cytosine (C), Guanine (G), at Thymine (T)—ay nagsasama upang bumuo ng double helix na estruktura, kung saan dalawang magkaugnay na strand ay paikot-ikot sa isa’t isa.
Kapag nag-iimbak ng data sa DNA, ang binary na data ay naka-encode sa mga synthesized DNA strands at pagkatapos ay na-decode mula rito. Kilala ang DNA sa pagiging matatag, siksik, at may kakayahang tumagal nang mahabang panahon. Ang mga katangiang ito ay ginagawang kaakit-akit ang DNA bilang medium ng imbakan.
“Ang synthetic DNA ay may potensyal na mag-imbak ng orders of magnitude na mas maraming data kaysa sa mga kasalukuyang device, at sa paraang nangangako ng mas napapanatiling solusyon.”
– Karin Strauss, Senior Principal Research Manager sa Microsoft (MSFT ) Research
Bukod sa pag-imbak ng data, ang DNA ay nasuri rin para sa computing. Sa loob ng maraming dekada, ang DNA computing ay naging paksa ng pananaliksik at pag-unlad dahil sa mga benepisyo nito tulad ng scalability, durability, at energy efficiency, at iba pa.
Noong 2019, ang mga mananaliksik mula sa Microsoft at University of Washington nagpakita ng unang ganap na awtomatikong sistema para sa pag-imbak at pagkuha ng data gamit ang synthesized DNA. Ang prosesong ito ay kinabibilangan ng pag-encode ng ‘hello’ sa mga molekula ng synthetic DNA na nilikha sa laboratoryo at pagkatapos ay ibalik ito.
Ang mga kamakailang breakthrough sa molecular computing ay nagpapahiwatig na maaari nating patakbuhin ang buong network ng computer sa loob ng mga buhay na selula sa malapit na hinaharap. Bagaman ang DNA storage ay umiiral na nang ilang panahon, ipinapakita ng bagong pag-aaral ang unang functional na molecular computer na kayang magsagawa ng parehong imbakan at computing gamit ang DNA imbes na kuryente.
Mas maaga ngayong taon, ang mga inhinyero sa University of Minnesota at Rochester Institute of Technology (RIT) nakahanap ng paraan upang iproseso ang data na naka-imbak sa DNA. Ang “microfluidic integrated circuit” na ito ay dinisenyo upang gumana sa pamamagitan ng artificial neural network computations sa data na naka-imbak sa DNA. Ayon kay co-author ng papel na si Amlan Ganguly:
“Nasa panahon tayo ng malaking data na kailangang i-imbak kung saan man.”
Binanggit din niya na ang pagtatayo ng mas maraming data center ay hindi solusyon dahil ang bawat isa ay nangangailangan ng konstruksyon, pagpapanatili, at operasyon, na hindi napapanatili.
Inirekomenda ng pag-aaral na ito ang pagrepresenta ng mga numero sa pamamagitan ng konsentrasyon ng mga solusyon na naglalaman ng partikular na manipuladong DNA molecules. Ang manipulasyong ito ay magrerepresenta ng mga operasyon sa computing tulad ng addition, multiplication, at iba pang nonlinear na function na mahalaga para sa pagsasagawa ng network computations.
Ilang taon na ang nakalipas, si Mark Bathe, isang propesor ng biological engineering sa MIT, at ang kanyang mga kasamahan, ay nagpakita ng paraan upang piliin ang nais na file mula sa halo ng maraming piraso ng DNA. Upang gawin ito, ang mga mananaliksik ay nag-encapsulate ng bawat data file sa isang 6μm na particle ng silica, na may label na maikling DNA sequences na nagbubunyag ng nilalaman.
Pinagmulan: MIT News
Sa pagtalakay sa napakalawak na potensyal ng DNA upang matugunan ang tumataas na pangangailangan sa pag-imbak ng napakalaking dami ng data, binigyang-diin ni Bathe ang kahanga-hangang katangian nito na hindi kumokonsumo ng anumang enerhiya kapag nalikha na ang DNA polymer. Kailangan mo lamang isulat ang DNA at ito ay maaaring i-imbak nang walang hanggan.
Ang mga mananaliksik ay nag-mungkahi pa nga na gamitin ang katatagan at tibay ng DNA upang i-encode ang digital na data para maprotektahan at mapanatili ang mga digital na asset.
Mas marami pang mga mananaliksik at organisasyon ang nagsusuri sa potensyal ng DNA para sa pag-imbak ng data at computation. Ang global na merkado ng data storage ay kasalukuyang nasa $217 bln at inaasahang aabot sa napakalaking $777.98 bln sa pagtatapos ng dekadang ito.
Ang Breakthrough sa DNA-Based Computing ay Nagbabago sa Imbakan ng Data
Sa pinakabagong pag-aaral, na inilathala sa Nature, ipinakita ng mga mananaliksik mula sa Johns Hopkins University at North Carolina State University ang isang teknolohiya na may mga function ng pag-imbak ng data at computing gamit ang DNA imbes na electronics.
Ang teknolohiyang ito ay maaaring paulit-ulit na mag-imbak, mag-retrieve, mag-compute, mag-erase, o mag-rewrite ng data. Bagaman ang mga naunang DNA storage at computing tech ay nakagawa ng ilan sa mga gawaing ito, hindi nila natapos ang lahat.
“Sa mga konbensiyonal na teknolohiya ng computing, kinukunsidera natin na ang mga paraan ng pag-imbak ng data at ang paraan ng pagproseso ng data ay magkatugma sa isa’t isa.”
– Albert Keung, ang pinuno ng pag-aaral at associate professor ng chemical at biomolecular engineering sa NC State
Dagdag pa niya:
“Ngunit sa realidad, ang pag-imbak ng data at pagproseso ng data ay ginagawa sa magkaibang bahagi ng computer, at ang mga modernong computer ay isang network ng komplikadong teknolohiya.”
Dahil ang DNA-based na data ay naka-imbak sa anyo ng nucleic acids, ang DNA computing ay nahihirapan kung paano ito i-imbak, i-retrieve, at i-compute.
Ang nagpapakilala sa electronic computing ay ang pagiging compatible ng lahat ng komponent ng device. Ngunit sa DNA data storage, hindi ito ganoon. Bagaman ang DNA-based data storage ay nag-aalok ng pangmatagalang benepisyo, pinaniniwalaan na ang pag-develop ng DNA technology na kayang saklawin ang buong hanay ng operasyon na matatagpuan sa tradisyonal na electronic devices ay magiging mahirap o imposibleng makamit.
Ngayon, ipinapakita ng pinakabagong pag-aaral na ang mga DNA-based na teknolohiyang ito ay talagang “viable dahil nakagawa na kami ng isa.”
Ito ay naabot sa tulong ng mga kamakailang teknik na nagpayag sa paglikha ng malambot na polymer materials na may natatanging morpolohiya. Ayon sa co-corresponding author ng papel, si Orlin Velev:
“Partikular, lumikha kami ng polymer structures na tinatawag naming dendricolloids — nagsisimula ito sa microscale ngunit nag-branch mula sa isa’t isa sa isang hierarchical na paraan upang lumikha ng network ng nanoscale fibers.”
Noong 2019, ang pananaliksik mula sa North Carolina State University ay nagpakita na ang iba’t ibang polymer na precipitated mula sa solusyon sa ilalim ng espesyal na kondisyon ay maaaring lumikha ng natatanging, malambot na dendritic particle materials na may kakaibang adhesive (tulad ng mga paa ng gecko, na nagpapahintulot na dumikit sa halos anumang ibabaw) at mga katangian sa pagbuo ng estruktura.
Noong panahong iyon, ibinahagi ni Velev ang paggamit ng ‘liquid’ nanomanufacturing upang i-convert ang mga polymer sa mga branched particle matapos tunawin ang polymer at mabilis na ihalo ang solusyon sa isa pang likido. Ang mabilis na paghalo sa turbulent flow, isang likas na chaotic na proseso, ay lumikha ng mga branched particle sa hierarchical na estruktura.
Ang NC State ay nag-file din ng patent para sa mga malambot na dendritic materials pati na rin sa proseso ng paglikha nito.
Ngayon, para sa pag-aaral ng DNA storage solution, ang estruktura na kanilang nilikha ay may mataas na surface area, na nagpapahintulot sa mga mananaliksik na magdeposito ng DNA sa pagitan ng mga nanofibrils. Ito ay naabot nang hindi isinasakripisyo ang data density, na ginagawang kaakit-akit ang DNA para sa pag-imbak ng data.
“Maaari mong ilagay ang data ng isang libong laptop sa DNA-based storage na kasing laki ng isang pambura ng lapis.”
– Keung
Ang unang may-akda ng papel, si Kevin Lin, isang dating Ph.D. student sa NC State, ay nagsabi na ang kakayahang pag-iba-ibahin ang DNA information at ang nanofibers kung saan ito naka-imbak ay nagbibigay-daan sa pagsasagawa ng marami sa parehong mga function na magagawa sa mga electronic device.
Ayon sa kanya, ang DNA information ay maaaring kopyahin nang direkta mula sa ibabaw ng materyal nang hindi nasisira ang mismong DNA. Bukod sa kakayahang i-erase ang mga target na piraso ng DNA at muling isulat ito sa parehong ibabaw, natuklasan ng pag-aaral na ang pagdeposito ng DNA sa dendricolloid material ay talagang tumutulong sa pagpapanatili ng DNA.
Binanggit ni Velev na sa pag-aaral, sila ay “nagbibigay ng katumbas ng microcircuits,” at ang dendricolloidal material ay nagsisilbing circuit board.
Ang bagong DNA-based storage at computing technology na tinatawag na “primordial DNA store and compute engine” ay kaya ring lutasin ang simpleng sudoku at 3 × 3 na problema sa chess. Ipinapakita ng mga pagsubok na ang teknolohiyang ito ay maaaring mag-imbak ng data nang ligtas sa loob ng libu-libong taon. Bukod pa rito, “ang dendrocolloidal host material mismo ay medyo mura at madaling gawin,” ayon kay Velev.
Mga Kumpanyang Kasangkot sa DNA Data Storage at Computing
Dahil sa kahalagahan ng data at pangangailangan para sa mas epektibong solusyon, maraming kumpanya ang nagsusuri ng DNA data storage, computing, at molecular technologies. Halimbawa, ang Thermo Fisher Scientific (TMO ) (TMO) ay nagbibigay ng komprehensibong solusyon para sa DNA sequencing at molecular biology, habang ang Agilent Technologies (A ) (A) ay nakatuon sa DNA-based na teknolohiya, at ang Pacific Biosciences of California (PACB ) (PACB) ay dalubhasa sa long-read sequencing technology. Mayroon ding Helixworks Technologies, na lumikha ng programmable DNA data storage material upang i-encode ang mga data file o maliliit na aplikasyon direkta sa molecular structure ng isang bagay.
Ngayon, titingnan natin nang mas detalyado ang dalawang kilalang pangalan sa larangang ito. Ang parehong kumpanya, kasama ang Microsoft, Western Digital (WDC ), at ilang iba pang institusyon, ay bumuo ng DNA Data Storage Alliance (DTST ) . Ang alyansang ito ay naglalayong tugunan ang paglago ng digital data sa pamamagitan ng paghatid ng mababang-gastos, napapanatiling archival data storage solution gamit ang DNA at pagsisiyasat ng maagang komersyalisasyon nito.
#1. Twist Bioscience Corporation
Ang kumpanyang ito ay dalubhasa sa synthetic DNA at lubos na nakatuon sa DNA data storage technologies. Sa market cap na $2.57 bilyon, ang mga shares ng Twist Bioscience (TWST ) ay kasalukuyang nagte-trade sa $43.98, tumaas ng 19.32% YTD. Ang EPS (TTM) nito ay -3.81, at ang P/E (TTM) ay -11.53.
TWST Tsart ng Presyo
Para sa Q2 ng 2024, iniulat ng kumpanya ang kita na $75.3 milyon, na 25% na pagtaas mula sa parehong quarter noong nakaraang taon. Ang gross margin ay tumaas din sa 41% kumpara sa 31%. Samantala, humigit-kumulang 193,000 genes ang na-ship sa panahon na iyon. $293.3 milyon ang iniulat na nasa cash, cash equivalents, at short-term investments.
“Mananatili kaming matatag at nakatuon sa aming landas patungo sa pagiging kumikita.”
– CEO at Co-founder Emily M. Leproust, Ph.D.
#2. Illumina
Ang kumpanyang ito ay nangunguna sa sequencing at mga solusyon batay sa array, na mahalaga para sa DNA data processing at storage. Sa market cap na $20.77 bilyon, ang mga shares ng Illumina ay kasalukuyang nagte-trade sa $130.42, bumaba ng 6.33% YTD. Ang EPS (TTM) nito ay -19.18, at ang P/E (TTM) ay -6.80.
ILMN Tsart ng Presyo
Para sa Q2 ng 2024, iniulat ng kumpanya ang kita na $1.09 bilyon, bumaba ng 6% mula sa 2Q23. Ang GAAP operating margin nito ay 40.5%, at ang non-GAAP operating margin ay 22.2%. Sa pagtatapos ng quarter, $994 milyon ang hawak sa cash, cash equivalents, at short-term investments.
“Ang team ng Illumina ay naghatid ng mga resulta na lampas sa aming inaasahan sa quarter, na pinangunahan ng disiplinadong pagpapatupad ng aming mga estratehikong prayoridad.”
– CEO Jacob Thaysen
Konklusyon
Ang patuloy na digitalisasyon ng mundo ay nangangahulugang ang digital na data ay nakatakdang magkaroon ng eksponensyal na paglago. Ang pagsabog ng data na ito ay malayong lampasan ang kapasidad ng kasalukuyang teknolohiya sa imbakan, na nagtutulak ng pangangailangan na magsuri at magpatupad ng mga bagong solusyon tulad ng DNA storage.
Gaya ng ipinakita ng bagong pag-aaral, ang patuloy na mga breakthrough ay nagpapahintulot na makamit ang kumpletong hanay ng mga function sa pag-imbak at computing ng data. Kabilang sa mga operasyong ito ang pag-imbak ng data, paglipat ng data, at ang kakayahang basahin, muling isulat, mag-erase, mag-reload, o mag-compute ng mga tiyak na data file—lahat ito sa programmable at repeatable na paraan nang hindi nasisira ang DNA.
Ang DNA, isang kahanga-hangang molekula na matatagpuan sa bawat buhay na selula, ay nag-aalok ng napakataas na densidad, na ginagawa itong perpektong solusyon para sa pangmatagalang imbakan (hindi lamang para sa daan-daang taon kundi libu-libong taon). Ipinapakita nito ang napakalawak na potensyal nito sa pagbabago ng mundo ng imbakan at computing.
