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怎么用DNA来存储信息?

怎么用DNA来存储信息?

作者: AlleSpace | 来源:发表于2022-10-31 22:52 被阅读0次

芯片行业最受关注的话题之一就是“缺芯”。芯片短缺持续了两年,各种元器件价格不断上涨。芯片似乎是一个躺着也能赚钱的行业。不过,从今年上半年开始,芯片价格涨幅逐渐降温。

行业研究机构纷纷表示,这一轮芯片热潮周期即将结束。事实上,除了部分汽车芯片,大部分芯片的价格已经开始掉头向下。尤其是内存芯片,可以说是真正感受到了行业周期的力量。现在你去电商平台,会发现很多固态硬盘的价格已经减半,降到0.5元/GB。三星和Magnum等芯片公司也宣布,准备在2023年减产内存芯片。英特尔甚至在10月16日宣布,其傲腾系列存储芯片将逐步停产。

很多人可能没有听说过这款傲腾系列内存芯片,这是英特尔在2017年开始推广的高速内存产品系列。它配备的不是普通的SSD,而是英特尔自主研发的存储介质,号称读写速度和稳定性更高。

傲腾系列是英特尔用最先进的技术押注的产品,前后投入了数十亿美元。英特尔最初打算用它来彻底改变固态存储市场的生活。没想到,这个产品并没有达到预期的效果。相应地,英特尔在其财务报告中记录了超过5亿美元的减值,并在今年第二季度报告了30年来的首次季度亏损。

不同技术路线的竞争,残酷的市场淘汰,其实是半导体行业发展的常态。正是因为这种不断的竞争和淘汰,才使得今天的市场上充斥着各种物美价廉的电子元器件。对此,科学家和工程师早有心理准备。虽然一些技术路线已经被取消,但一些新的技术路线正在出现。

在英特尔宣布奥腾系列停产前后,日本东京大学在《自然》杂志上发表了DNA存储技术的新进展。

说到DNA存储技术,可能很多人还是比较陌生的。这种技术的主要优点是存储信息的密度非常高。如果把迄今为止地球上的所有数据都用这种方式保存,只需要一公斤左右的DNA材料。

然而,目前DNA存储技术仍处于探索的早期阶段,仍有一系列问题有待解决。比如,我们确实可以通过一些生化的方法来存储带有碱基序列的数据,但是如何从一堆乱七八糟的DNA材料中准确、快速地定位和读取这些数据,目前还不清楚,更不用说具体的操作了。

东京大学科学家提出了一种新技术,叫做“基于生物酶的人工神经网络”。别看名字里有“神经网络”两个字。这项技术并不是真的将DNA数据输入计算机的神经网络进行计算,而是模仿神经网络的多层结构,用化学方法对特定物质进行定位和标记。

所谓的神经网络算法,其实就是一层一层的加减乘除和函数运算。用化学方法模拟神经网络算法的计算过程,研究人员需要三样东西,即:数据载体、算法载体和计算平台。

数据载体是试管中的DNA物质。算法的载体是生物酶。研究人员使用三种生物酶,它们各自的功能是:产生、剪切和降解DNA。这三种酶可以理解为加减乘除之类的算法的对应向量,用来对DNA材料进行层层筛选。

计算平台是一种生物芯片。将DNA材料包被在芯片上,然后用生物酶与DNA材料反应,通过显微镜观察反应结果。它就像一台模拟计算机,运行着这种生物酶的神经网络算法。

通过这种方式,研究人员成功地从大量的DNA样本中定位出一些物质片段。研究人员表示,下一步,他们将尝试使用这种方法来计算存储真实数据的DNA,如图片数据、声音数据等。

当然这种基于DNA存储途径的数据提取方法还有很多问题没有被攻克。甚至,DNA物质是否真的适用于生物以外的数据存储场景,还有待商榷。

对于芯片行业来说,每突破一条新的技术路线,就好像有一个生物种群发生了新的基因突变。这种变异是被自然剪刀剪掉,还是作为种群进化的方向保留下来,不得而知。但是没有突变,进化就不可能发生。

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