Microsoft heeft een plan om DNA-gegevensopslag aan zijn cloud toe te voegen

yoshi sodeoka

Op basis van vroeg onderzoek naar de opslag van films en documenten in DNA, ontwikkelt Microsoft een apparaat dat biologie gebruikt om tapedrives te vervangen, zeggen onderzoekers van het bedrijf.

Computerarchitecten bij Microsoft Research zeggen dat het bedrijf een doel heeft geformaliseerd om tegen het einde van dit decennium een ​​operationeel opslagsysteem te hebben op basis van DNA dat in een datacenter werkt. Het doel is een proto-commercieel systeem in drie jaar dat een hoeveelheid gegevens op DNA opslaat in een van onze datacenters, voor op zijn minst een boutique-applicatie, zegt Doug Carmean, een partnerarchitect bij Microsoft Research. Hij beschrijft het uiteindelijke apparaat als het formaat van een groot Xerox-kopieerapparaat uit de jaren 70.

Intern koestert Microsoft het nog ambitieuzere doel om tapedrives te vervangen, een veelgebruikt formaat dat wordt gebruikt voor het archiveren van informatie. We hopen het gebrandmerkt te krijgen als 'Your Storage with DNA', zegt Carmean.

De plannen geven aan hoe serieus sommige technologiebedrijven het schijnbaar vreemde idee nemen om video's, foto's of waardevolle documenten op te slaan in hetzelfde molecuul waaruit onze genen zijn gemaakt. De reden, zegt Victor Zhirnov, hoofdwetenschapper van de Semiconductor Research Corporation , is dat pogingen om het computergeheugen te verkleinen fysieke grenzen bereiken, maar dat DNA gegevens met ongelooflijke dichtheden kan opslaan.

Elke film die ooit is gemaakt, is geformatteerd in DNA en past in een volume dat kleiner is dan een suikerklontje.

DNA is het dichtste bekende opslagmedium in het universum, alleen gebaseerd op de wetten van de fysica. Daarom wordt hiernaar gekeken, zegt Zhirnov. En het probleem dat we oplossen is de exponentiële groei van opgeslagen informatie.

Afgelopen juli maakte Microsoft publiekelijk bekend dat het 200 megabyte aan data in DNA-strengen had opgeslagen, waaronder een muziekvideo, waarmee een record werd gevestigd. Het werk, beschreven in een krant gepubliceerd in maart op de pre-print server Biorxiv, werd geleid door Karin Strauss van Microsoft Research en het laboratorium van computerwetenschapper Luis Ceze van de Universiteit van Washington.

Er blijven grote obstakels voor een praktisch opbergsysteem. Het omzetten van digitale bits in DNA-code (bestaande uit ketens van nucleotiden met het label A, G, C en T) blijft arbeidsintensief en duur vanwege het chemische proces dat wordt gebruikt om DNA-strengen te vervaardigen. In zijn demonstratieproject gebruikte Microsoft 13.448.372 unieke stukjes DNA. Experts zeggen dat het kopen van zoveel materiaal op de open markt $ 800.000 zou kosten.

Het belangrijkste probleem met DNA-opslag zijn de kosten, zegt Yaniv Erlich, een professor aan de Columbia University die eerder dit jaar rapporteerde een nieuwe benadering van DNA-gegevensopslag . De belangrijkste vraag is dus of Microsoft dit probleem heeft opgelost. Op basis van hun publicatie, zegt Erlich, zag ik geen vooruitgang in de richting van dit doel, maar misschien hebben ze iets in de pijplijn.

Volgens Microsoft moeten de kosten van DNA-opslag met een factor 10.000 dalen voordat het algemeen wordt toegepast. Hoewel veel experts zeggen dat dit onwaarschijnlijk is, is Microsoft van mening dat dergelijke vooruitgang kan plaatsvinden als de computerindustrie daarom vraagt.

Het automatiseren van het proces van het schrijven van digitale gegevens in DNA zal ook van cruciaal belang zijn. Op basis van de weken die nodig waren om hun experiment uit te voeren, schat Carmean dat de snelheid waarmee gegevens naar het DNA worden overgebracht slechts 400 bytes per seconde was. Microsoft zegt dat dat moet worden verhoogd tot 100 megabyte per seconde.

Het uitlezen van de gegevens is eenvoudiger. Dat werd gedaan met behulp van een snelle sequencing-machine, onder meer om specifieke delen van de bestanden op te roepen, analoog aan willekeurig toegankelijk geheugen op een computer. Zelfs een tweevoudige verbetering in DNA-lezing zou dat aspect van het systeem efficiënt genoeg maken voor commercieel gebruik, denkt Microsoft.

Omdat het schrijven en ophalen van gegevens in het DNA langzaam gaat, zal een vroeg gebruik van de technologie beperkt blijven tot speciale situaties. Dat kunnen gegevens zijn die om wettelijke of regelgevende redenen moeten worden gearchiveerd, zoals camerabeelden van de politie of medische dossiers.

Microsoft werkt momenteel met Twist Bioscience , een DNA-fabrikant in San Francisco. Twist is een van een aantal nieuw gevormde bedrijven die de DNA-productie proberen te verbeteren, een lijst die nu startups DNAScript, Nuclera Nucleics, Evonetix, Molecular Assemblies, Catalog DNA, Helixworks en een spin-off van Oxford Nanopore genaamd Genome Foundry omvat.

Een opwindende mogelijkheid die door sommige startups wordt nagestreefd, is om het 40 jaar oude chemische proces dat wordt gebruikt om DNA te maken, te vervangen door een proces waarbij enzymen worden gebruikt, zoals ons eigen lichaam. Jean Bolot, wetenschappelijk directeur van Technicolor Research in Los Altos, zegt dat het dergelijk werk financiert aan de Harvard University, in het laboratorium van George Church, de genomics-expert.

Ik ben ervan overtuigd dat we dit jaar resultaten zullen hebben om over te praten, zegt Bolot, die eraan toevoegt dat zijn bedrijf in gesprek is geweest met filmstudio's over hoe ze DNA-opslag zouden kunnen gebruiken. Hij zegt dat de helft van alle films die vóór 1951 zijn gemaakt, al verloren zijn gegaan omdat ze op celluloid waren opgeslagen. Nu vergroten nieuwe formaten, zoals high-definition video en virtual reality, het vermogen van studio's om hun werk te bewaren, zegt hij.

Zhirnov zegt dat fabrikanten van computerchips DNA serieus nemen omdat er fysieke grenzen zijn aan de hoeveelheid gegevens die kan worden opgeslagen op conventionele media, zoals tapes of harde schijven. Zijn organisatie, die wordt gefinancierd door Microsoft, Intel en anderen om toegepast onderzoek uit te voeren, begon DNA vanaf 2013 nader te bekijken. Hij zegt dat halfgeleiderexperts die dachten dat DNA te zacht was, verrast waren toen ze hoorden dat het honderd tot een duizend keer langer dan een siliciumapparaat. Het molecuul is zo stabiel dat het vaak wordt teruggevonden uit mammoetbotten en oude menselijke resten.

Maar het belangrijkste kenmerk is de dichtheid. DNA kan 1.000.000.000.000.000.000 (ook wel een triljoen) bytes aan informatie bevatten in een kubieke millimeter. Dichtheid drijft alles, zegt Zhirnov.

Een woordvoerder van Microsoft Research zei dat het bedrijf op dit moment geen details over een productplan kon bevestigen. Binnen het bedrijf wint het idee van DNA-opslag blijkbaar aanhangers, maar is het nog niet universeel geaccepteerd. Onze interne mensen geloven ons, maar de mensen op het gebied van tapeopslag niet, zegt Carmean, voorheen een topchipontwerper bij Intel.

DNA is niet alleen compact en duurzaam, maar heeft nog een ander voordeel dat niet vaak wordt genoemd: de extreme relevantie ervan voor de menselijke soort. Denk aan die oude floppy disks die je niet meer kunt lezen of kleitabletten met onleesbare hiërogliefen. In tegenstelling tot dergelijke media zal DNA waarschijnlijk nooit uit de mode raken.

We zullen altijd DNA lezen zolang we mens zijn, zegt Carmean.

zich verstoppen