Bilişim
Tam Fonksiyonel DNA Tabanlı Veri Depolama, Son Başarıyla Mümkün
Günümüzün hiper‑dijital dünyasında, her işletme veriye dayanıyor. İşletme verisinin miktarı, özellikle veri analitiği, Nesnelerin İnterneti (IoT) ve AI gibi gelişmiş teknolojilerin ortaya çıkmasıyla hızla artıyor; bu teknolojiler hem büyük veri hacimleri üretip hem de kullanıyor.
Bu veri potansiyel olarak önemlidir ve artık her zamankinden daha fazla, veriyi verimli, güvenilir ve güvenli bir şekilde korumak kritik hale gelmiştir. Veriyi depolamak için, hayati bilgileri etkili bir şekilde erişmek, düzenlemek, yönetmek, paylaşmak ve kullanmak için depolama çözümlerine ihtiyaç vardır.
Bilgisayarınızın depolama kapasitesi olsa da, bu kapasite sınırlıdır ve bir cihaza kaydedilir; bu nedenle cihaz açık olduğu sürece kullanılabilir ve silinene kadar kalır. Verinizi uzun vadeli depolamak için veri depolama çözümlerine ihtiyacınız vardır.
Depolama aygıtları esas olarak iki gruba bölünür:
- Doğrudan alan depolama (DAS)
- Ağ tabanlı depolama
DAS, ona erişen bilgisayara doğrudan bağlanır ve yerel yedekleme hizmeti sağlayabilir, ancak paylaşım oldukça sınırlıdır. Bu kategoriye disketler, flash sürücüler ve CD ve DVD gibi optik diskler dahildir.
Şimdi, ağ tabanlı depolama, birden fazla bilgisayarın ağ üzerinden verilere erişmesine izin verdiği için veri paylaşımı ve iş birliği için en iyi seçenektir. Ağ tabanlı depolama kurulumları esas olarak iki tipe ayrılır: ağ bağdaştırmalı depolama (NAS) ve depolama alanı ağı (SAN).
NAS, bir ağa bağlı bir aygıtı içerir. Burada veri depolama ve geri alma merkezi bir konumdan yapılır. Bu uygun fiyatlı ağ depolama seçeneği, birden fazla kullanıcının Wi‑Fi ya da kablo üzerinden TCP/IP ağı üzerinden dosyaları depolamasına ve paylaşmasına olanak tanır.
SAN, paylaşılan depolama aygıtı havuzlarını birden fazla sunucuya bağlayan, yüksek hızlı, özelleşmiş bir ağdır. Çeşitli türlerde birden fazla aygıtı içerir; bunlar şunlardır:
Katı hal sürücüsü (SSD), flash bellek ve flash sürücüler gibi elektronik tabanlı seçeneklerden daha hızlı bir sabit disk türüdür; bu seçeneklerde veri silme ya da yazma işlemleriyle güncellenebilir. Hibrit depolama ise farklı depolama türlerinin bir karışımını içerir: flash depolama, SSD’ler ve mekanik disk sürücüleri (HDD’ler).
Bulut depolama, verilerin sanal olarak saklanması ve bu nedenle internete ya da özel bir ağa erişim gerektirmesi nedeniyle maliyet etkin ve ölçeklenebilir bir yöntemdir. Hibrit bulut depolama, farklı iş yükleri için farklı bulutları (genel, özel ve hibrit) kullanır.
Dijital Verileri Daha Verimli Depolamak İçin Yeni Teknoloji Geliştirme
Tüm bu seçeneklere rağmen, dünya 2025 yılına kadar yıllık yaklaşık 175 zettabayt veri eklenmesi beklenen dijital evrende daha verimli çözümler aramaktadır. Artan bir araştırmacı grubu, bu talebi karşılamak için DNA’yı istikrarlı ve sürdürülebilir bir seçenek olarak savunmaktadır.
Zaten DNA, veri depolama için araştırılıyor, ancak hâlâ erken aşamalarda; pazar büyüklüğü sadece 70 milyon dolar. Ancak 2032 yılına kadar %80’in üzerinde bir CAGR ile büyümesi öngörülüyor.
DNA veri depolama, tam olarak adından da anlaşılacağı gibi; dijital verileri DNA (deoksiribonükleik asit) içinde depolamaktır; bu molekül, bir organizmanın gelişimi ve işlevi için genetik bilgiyi taşır.
DNA oluşturmak için dört farklı nükleotid—Adenin (A), Sitozin (C), Guanin (G) ve Timin (T)—bir çift sarmal yapı oluşturacak şekilde bir araya gelir; iki bağlı zincir birbirinin etrafında döner.
Veri DNA içinde depolandığında, ikili veri sentezlenmiş DNA zincirlerine kodlanır ve daha sonra bu zincirlerden çözülür. DNA, istikrarlı, yoğun ve uzun ömürlü olma özellikleriyle bilinir. Bu nitelikler DNA’yı çekici bir depolama ortamı yapar.
“Sentetik DNA, bugünün cihazlarından çok daha büyük veri miktarlarını depolama potansiyeline sahiptir ve çok daha sürdürülebilir bir şekilde gerçekleşebilir.”
– Karin Strauss, Microsoft Research’ta Kıdemli Baş Araştırma Yöneticisi
Veri depolamanın yanı sıra, DNA aynı zamanda hesaplama için de araştırılmıştır. DNA bilişimi, ölçeklenebilirlik, dayanıklılık ve enerji verimliliği gibi avantajlar sunduğu için onlarca yıldır araştırma ve geliştirme konusudur.
2019 yılında, Microsoft ve Washington Üniversitesi araştırmacıları tam otomatik bir sistem ortaya koyarak sentezlenmiş DNA kullanarak veri depolama ve geri alma işlemini gerçekleştirdiler. Bu, laboratuvarda oluşturulan sentetik DNA moleküllerine ‘hello’ kelimesini kodlamayı ve ardından geri dönüştürmeyi içeriyordu.
Moleküler bilişimdeki son atılımlar, yakın gelecekte yaşayan hücreler içinde tüm bilgisayar ağlarını çalıştırabileceğimizi gösteriyor. DNA depolama bir süredir var olsa da, yeni çalışma, elektrik yerine DNA kullanarak hem depolama hem de hesaplama yapabilen ilk işlevsel moleküler bilgisayarı sergiliyor.
Bu yılın başlarında, Minnesota Üniversitesi ve Rochester Institute of Technology (RIT) mühendisleri bir yol buldu; DNA içinde depolanan veriyi işleyebilen bir “mikroakışkan entegre devre” tasarladılar. Makale ortak yazarı Amlan Ganguly şöyle diyor:
“Büyük verinin bir yerde depolanması gerektiği bir çağdayız.”
Ayrıca, daha fazla veri merkezi inşa etmenin çözüm olmadığını, çünkü her birinin inşası, bakımı ve işletimi sürdürülebilir olmadığını belirtti.
Bu çalışma, sayıları, özellikle manipüle edilmiş DNA moleküllerini içeren çözeltilerin konsantrasyonlarıyla temsil etmeyi önerdi. Bu manipülasyon, toplu hesaplamalar için toplama, çarpma ve diğer doğrusal olmayan fonksiyonlar gibi hesaplama işlemlerini temsil edecekti.
Birkaç yıl önce, MIT Biyolojik Mühendislik profesörü Mark Bathe ve meslektaşları da bir yöntemi gösterdi; birçok DNA parçası karışımından istenen dosyayı seçmek için. Araştırmacılar, her veri dosyasını 6μm silika parçacığına kapsülleyip, içeriği ortaya çıkaran kısa DNA dizileriyle etiketlediler.
Kaynak: MIT News
DNA’nın devasa veri depolama taleplerini karşılamadaki büyük potansiyatını tartışan Bathe, DNA polimeri oluşturulduktan sonra enerji tüketmediğini belirtti. DNA’yı sadece yazar ve süresiz olarak saklarsınız.
Araştırmacılar ayrıca DNA’nın istikrarı ve dayanıklılığını kullanarak dijital verileri kodlamayı ve dijital varlıkları güvence altına almayı önerdiler.
Daha fazla araştırmacı ve kuruluş, DNA’nın veri depolama ve hesaplama potansiyelini araştırmaktadır. Küresel veri depolama pazarı şu anda $217 milyar seviyesinde ve bu on yılın sonuna kadar $777.98 milyar seviyesine ulaşması öngörülmektedir.
DNA Tabanlı Hesaplama Atılımı Veri Depolamayı Devrimleştiriyor
En son çalışmada, Nature’da yayınlanan bir araştırma, Johns Hopkins Üniversitesi ve North Carolina State Üniversitesi’nden araştırmacıların DNA yerine elektronik kullanmadan veri depolama ve hesaplama işlevlerine sahip bir teknoloji geliştirdiklerini gösterdi.
Bu teknoloji, veriyi tekrar tekrar depolayabilir, geri alabilir, hesaplayabilir, silebilir veya yeniden yazabilir. Önceki DNA depolama ve hesaplama teknolojileri bu görevlerin bazılarını yapabilmiş olsa da, hepsini bir arada gerçekleştirememişti.
“Geleneksel bilgisayar teknolojilerinde, veri depolama şekilleri ile veri işleme şekillerinin birbirleriyle uyumlu olduğunu varsayarız.”
– Albert Keung, çalışmanın lideri ve NC State’de Kimya ve Biyomoleküler Mühendislikten doçent
Ayrıca şunu ekledi:
“Ancak gerçekte, veri depolama ve veri işleme bilgisayarın ayrı bölümlerinde yapılır ve modern bilgisayarlar karmaşık teknolojilerin bir ağını oluşturur.”
DNA tabanlı veriler nükleik asitler şeklinde depolandığı için, DNA bilişimi bu veriyi depolama, geri alma ve işleme konusunda zorlanmaktadır.
Elektronik bilişimi çekici kılan şey, cihazın tüm bileşenlerinin uyumlu olmasıdır. Ancak DNA veri depolama durumunda bu geçerli değildir. DNA tabanlı veri depolama uzun vadeli faydalar sunsa da, geleneksel elektronik cihazlarda bulunan tüm işlemleri kapsayan bir DNA teknolojisi geliştirmek ya çok zor ya da imkânsız görülmektedir.
Şimdi, en son çalışma bu DNA tabanlı teknolojilerin aslında “uygulanabilir” olduğunu gösteriyor çünkü bir tanesini yaptık.
Bu, benzersiz morfolojilere sahip yumuşak polimer malzemelerinin oluşturulmasını sağlayan son tekniklerin yardımıyla elde edildi. Makalenin ortak yazarlarından Orlin Velev şöyle diyor:
“Özellikle dendricolloid dediğimiz polimer yapıları yarattık — bunlar mikroskala boyutunda başlar ve birbirlerinden hiyerarşik bir şekilde dallanarak nanoskalalı liflerden oluşan bir ağ oluşturur.”
2019 yılında, North Carolina State Üniversitesi’nden araştırmalar, özel koşullar altında çözeltilerden çöken farklı polimerlerin benzersiz, yumuşak dendritik parçacık malzemeleri oluşturduğunu gösterdi; bu parçacıkların yapışma (örneğin bukalemun ayakları gibi neredeyse her yüzeye tutunabilen) ve yapı oluşturma özellikleri vardır.
O dönemde Velev, polimeri çözdürüp başka bir sıvı ile hızlı karıştırarak ‘sıvı’ nanomanüfaktürleme yöntemiyle polimerleri dallanmış parçacıklara dönüştürdüğünü paylaştı. Bu, kaotik bir süreç olan türbülanslı akışta hızlı karıştırma, hiyerarşik yapıda dallanmış parçacıklar oluşturdu.
NC State ayrıca yumuşak dendritik malzemeler ve bunların üretim süreci için bir patent başvurusunda bulundu.
Şimdi, DNA depolama çözümü çalışması için oluşturulan yapı yüksek yüzey alanına sahiptir; bu sayede araştırmacılar DNA’yı nanofibriller arasında biriktirebiliyor. Bu veri yoğunluğundan ödün vermeden gerçekleştirildi, bu da DNA’yı veri depolama için çekici kılıyor.
“Bir kalem silgisi büyüklüğündeki DNA tabanlı depolamaya binlerce dizüstü bilgisayarın verisini koyabilirsiniz.”
– Keung
Makalenin birinci yazarı, NC State’den eski doktora öğrencisi Kevin Lin, DNA bilgisinin ve üzerine depolandığı nanoliflerin ayrıştırılabilmesinin, elektronik cihazlarla aynı işlevlerin birçoğunu gerçekleştirmeyi mümkün kıldığını belirtti.
Kendisine göre, DNA bilgisi, DNA’ya zarar vermeden doğrudan malzemenin yüzeyinden kopyalanabilir. Hedeflenen DNA parçalarını silme ve aynı yüzeye yeniden yazma yeteneğinin yanı sıra, çalışmada DNA’nın dendricolloid malzeme üzerine biriktirilmesinin DNA’yı korumaya yardımcı olduğu bulundu.
Velev, bu çalışmayla “mikrosirküitlerin eşdeğerini” sağladıklarını ve dendricolloidal malzemenin devre kartını oluşturduğunu belirtti.
Bu yeni DNA tabanlı depolama ve hesaplama teknolojisi, “ilk DNA depolama ve hesaplama motoru” olarak adlandırılıyor ve aynı zamanda basit sudoku ve 3 × 3 satranç problemlerini çözebiliyor. Testler, teknolojinin veriyi binlerce yıl boyunca güvenli bir şekilde depolayabileceğini gösteriyor. Üstelik, “dendrocolloidal konak malzemesi nispeten ucuz ve üretimi kolaydır,” diyor Velev.
DNA Veri Depolama ve Bilişiminde Yer Alan Şirketler
Verinin önemi ve daha verimli çözümlere duyulan ihtiyaç göz önüne alındığında, birçok şirket DNA veri depolama, bilişim ve moleküler teknolojileri araştırıyor. Örneğin, Thermo Fisher Scientific (TMO) DNA dizileme ve moleküler biyoloji için kapsamlı çözümler sunarken, Agilent Technologies (A) DNA tabanlı teknolojilere odaklanıyor ve Pacific Biosciences of California (PACB) uzun okuma dizileme teknolojisinde uzmanlaşmıştır. Ayrıca, Helixworks Technologies, veri dosyalarını veya küçük uygulamaları doğrudan bir nesnenin moleküler yapısına kodlamak için programlanabilir DNA veri depolama malzemesi geliştirdi.
Şimdi, bu alandaki iki önde gelen isme daha ayrıntılı bir bakış atacağız. Bu iki firma, Microsoft, Western Digital ve birkaç diğer üye kurumla birlikte DNA Veri Depolama İttifakını kurdu. İttifak, DNA kullanarak düşük maliyetli, sürdürülebilir arşiv veri depolama çözümü sunmayı ve erken ticarileşmesini araştırmayı amaçlıyor.
#1. Twist Bioscience Corporation
Bu şirket sentetik DNA konusunda uzmanlaşmış ve DNA veri depolama teknolojilerine yoğun bir şekilde odaklanmaktadır. Piyasa değeri 2,57 milyar dolar olan Twist Bioscience hisseleri şu anda 43,98 dolardan işlem görmekte ve YTD %19,32 artış göstermektedir. EPS (TTM) -3,81, P/E (TTM) -11,53’tür.
(TWST )
2024’ün 2. çeyreği için şirket gelir olarak 75,3 milyon dolar bildirdi; bu, geçen yılın aynı çeyreğine göre %25 artış demektir. Brüt marj da %31’den %41’e yükseldi. Bu dönemde yaklaşık 193.000 gen sevk edildi. Nakit, nakit benzerleri ve kısa vadeli yatırımlar olarak 293,3 milyon dolar rapor edildi.
“Kârlılığa giden yolda kararlı ve odaklı kalmaya devam ediyoruz.”
– CEO ve Kurucu Ortak Emily M. Leproust, Ph.D.
#2. Illumina
Bu şirket, DNA veri işleme ve depolama için hayati öneme sahip dizileme ve dizi tabanlı çözümlerin lideridir. Piyasa değeri 20,77 milyar dolar olan Illumina hisseleri şu anda 130,42 dolardan işlem görmekte ve YTD %6,33 düşüş göstermektedir. EPS (TTM) -19,18, P/E (TTM) -6,80’tir.
(ILMN )
2024’ün 2. çeyreği için şirket gelir olarak 1,09 milyar dolar bildirdi; bu, 2Q23’e göre %6 azaldı. GAAP işletme marjı %40,5, GAAP dışı işletme marjı %22,2 idi. Çeyrek sonunda nakit, nakit benzerleri ve kısa vadeli yatırımlar olarak 994 milyon dolar tutuldu.
“Illumina ekibi, stratejik önceliklerimize disiplinli bir şekilde yürüyerek çeyrek için beklentilerimizin ötesinde sonuçlar elde etti.”
– CEO Jacob Thaysen
Sonuç
Dünyanın giderek dijitalleşmesi, dijital verinin üssel bir büyüme göstermesine yol açmaktadır. Bu veri patlaması, mevcut depolama teknolojilerinin kapasitesini aşacak ve DNA depolama gibi yeni çözümlerin araştırılması ve benimsenmesini zorunlu kılacaktır.
Yeni çalışma, sürekli atılımların veri depolama ve hesaplama işlevlerinin tam bir paketini mümkün kıldığını gösterdi. Bu işlemler arasında veri depolama, veri taşıma ve belirli veri dosyalarını okuma, yeniden yazma, silme, yeniden yükleme veya hesaplama gibi programlanabilir ve tekrarlanabilir yollar bulunmakta; DNA’ya zarar vermeden.
Her canlı hücrede bulunan olağanüstü bir molekül olan DNA, son derece yüksek yoğunluk sunar; bu da onu sadece yüzlerce değil, binlerce yıl sürecek uzun vadeli depolama çözümü için mükemmel kılar. Bu, depolama ve bilişim dünyasını dönüştürme potansiyeline işaret etmektedir.
