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通信技术|一个咖啡杯装下全世界的数据 DNA存储芯片神奇在哪？( 二 )

【通信技术|一个咖啡杯装下全世界的数据 DNA存储芯片神奇在哪？】通信技术|一个咖啡杯装下全世界的数据 DNA存储芯片神奇在哪？
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▲ IDC 监测 2015-2020 年全球数据量变化趋势以及 2025 年预测
DNA 是储存遗传信息的载体，携带有合成 RNA 和蛋白质所必需的遗传信息，它可以对生物的所有信息进行编码 。
上世纪 50 年代，就有研究人员发现了生物特征和人造物体的关系 。DNA 分子由四种碱基组成，数据由二进制 0 和 1 组成；DNA 用来储存遗传信息，数据正好需要一个介质存储，由此苏联物理学家米哈伊尔?萨莫伊洛维奇?内曼（Mikhail Samoilovich Neiman）想到，是否可以参考 DNA 结构来存储数据？
与传统的存储介质不同，DNA 存储技术有如下显著优势 。
首先是 DNA 存储密度高 。一个 DNA 分子可以保留一个物种的全部遗传信息，最大的人类染色体含有近 2.5 亿个碱基对，那么就意味着一条和人手差不多长的 DNA 链，就可以存储 1EB（1EB=10.74 亿 G）数据 。
与硬盘和闪存的数据存储密度相比，硬盘存储每立方厘米约为 1013 位，闪存存储约为 1016 位，而 DNA 存储的密度约为 1019 位 。
其次是 DNA 分子存储具有稳定性 。今年 2 月，国际顶级学术期刊 Nature 上的一篇论文称古生物学家在西伯利亚东北部的永久冻土层中提取到距今 120 万年猛犸象的遗传物质，并对其 DNA 进行了解析，这也进一步刷新了 DNA 分子的保存年代纪录 。
据悉，DNA 至少可保留上百年的数据，相比之下，硬盘、磁带的数据最多只能保留约 10 年 。
最后，DNA 存储维护成本低 。以 DNA 形式存储的数据易于维护，和传统的数据中心不同，不需要大量的人力、财力投入，仅需要保存在低温环境中 。
在能耗方面，1GB 的数据硬盘存储能耗约为 0.04W，而 DNA 存储的能耗则小于 10-10W 。
02. 低成本扩大规模 可放置数百万个 DNA 序列
上个世纪 50 年代，科学家已经提出创建人造物体与微观世界的生物特征相似的想法，并且认为该人造物体将具有更加广泛的能力 。不到十年，苏联物理学家米哈伊尔?萨莫伊洛维奇?内曼（Mikhail Samoilovich Neiman）就独立提出了可以利用 DNA 和 RNA 分子来进行信息记录、存储和检索的可能性 。
DNA 进行数据存储的应用真正开始于 1988 年，艺术家乔戴维斯和哈佛大学的研究人员合作，在大肠杆菌的 DNA 序列中，将一张代表生命和女性地球的古代日耳曼符文图片，通过 5x7 的矩阵存储到 DNA 序列中 。他们用二进制中的 1 代表图片中的暗像素，0 代表图片中的亮像素 。
在之后的研究中，研究人员提出了多种 DNA 存储的编码方式 。2011 年，研究团队对一本 659KB 的书籍进行编码，通过一对一对应，由腺嘌呤或胞嘧啶表示二进制中的 0，鸟嘌呤或胸腺嘧啶表示 1 。然而，最后研究人员检查数据存储结果时发现，在 DNA 中出现了 22 个错误 。这种一一对应的编码方式的精度较低 。

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