微软黑科技：DNA存储技术催生方糖大小的数据中心
据科技网站Computerworld报道，微软和华盛顿大学研究人员已经展示了利用人工合成DNA作为数据存储介质的技术。 研究人员表示，如果这一技术成熟到适合主流应用，装备当今存储密度最高的存储设备、沃尔玛超市般大小的数据中心，就可能“瘦身”到一块方糖大小，“我们认为，考虑把DNA作为存储介质，探索相关系统设计问题的时机已经成熟”。
DNA存储密度惊人
研究团队成功地将4个图片文件的数据编码为人工合成DNA片段的核苷酸序列。更重要的是，他们能实现逆过程——从更大的DNA池中取回正确的核苷酸序列，重建图像，而且没有丢失1个字节的信息。另一项试验涉及对视频文件的编码和读取。
DNA存储技术
华盛顿大学计算机科学和技术副教授、论文共同作者路易斯·塞兹(Luis Ceze)在一份声明中说，“生命产生了神奇的DNA，它能高效地存储与基因和生命活动有关的所有信息，而且非常紧凑，非常‘耐用’。我们将把DNA用于数据存储——图像、视频、文档，保存时间可以长达数百或数千年。”
DNA存储技术研究进展神速
对DNA数据存储技术的研究进展神速。1999年，研究人员利用DNA存储技术编码和恢复了一条长23个字母的信息。到2013年，欧洲分子生物学实验室-欧洲生物信息学研究所的科学家，把美国黑人运动领袖马丁·路德·金(Martin Luther King)《我有一个梦想》演讲的mp3文件编码在DNA中。
研究人员在发表在《自然》上的论文中称，这种编码方法使得约一杯DNA能存储至少1亿小时的高清视频。
据英国研究人员称，存储在DNA链中的数据能保存数万年。
在DNA存储技术中，读取DNA相对简单，主要障碍在于写DNA。DNA存储技术存在两个难点：其一，目前的方法只能合成短链DNA；其二，写和读DNA都容易出错。
微软和华盛顿大学研究人员称，他们已经开发了“一种新颖的方法”，把数据中的“1”和“0”字符串转换成DNA序列中的4种碱基——腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)。
为了访问存储的数据，研究人员在DNA序列中编码了相当于邮政编码和街道地址的寻址信息。聚合酶链反应(以下简称“PCR”)技术帮助研究人员更轻松地识别他们需要查找的“邮政编码”。
研究人员然后利用DNA测序技术，“读取”数据，并通过利用“街道地址”对数据进行整理，将数据恢复成原来的视频、图像或文档。
研究人员表示，“DNA是一种有吸引力的潜在数据存储介质”，理论上其存储密度比磁带高出8个量级，一个可以拿在手里的磁带盒存储容量高达185TB。
微软和华盛顿大学研究人员也证实了人工合成DNA的“长寿”，称即使在恶劣环境中其半衰期也超过500年，磁带保存时间为10-30年，硬盘为3-5年。
还不够完美
美国研究人员强调了提高存储密度的紧迫性。市场研究公司IDC和存储设备厂商EMC在《The Digital Universe》研究论文中称，到2020年，包含在全球计算机、历史档案、电影、照片、企业系统和移动设备中的数据量将达到44万亿GB，“是2013年的10倍。尽管并非所有信息都需要保存，但世界生成数据的速度快于存储容量的增长”。
要进入商用阶段，DNA存储系统还有一些问题需要解决。首先是DNA合成和测序还远不够完美，DNA存储系统的一个关键部分是开发一种适当的编码技术，通过增加冗余度提高容错能力。
其次，DNA存储系统中随机存取数据还是个问题，读取延迟远长于写入延迟。目前的技术只能批量读取数据，即使只从存储系统中访问一个字节的信息，系统也必须对整个DNA池进行测序和解码。
把数据编码为DNA序列
研究人员已经提出了改进随机数据存取的方法，即利用PCR只扩增希望读取的数据，并对相应的DNA序列测序。这种方法既能提高数据读取速度，也无需对整个DNA池进行测序。
塞兹称，“这是我们在数据存储方面向大自然学习的一个范例。”
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DNA数据存储上市公司有哪些？
&&&来源：未知&&&佚名
　　DNA存储上市公司
　　近日哈佛大学维斯工程研究所的一群研究人员尝试将一本大约有5.34万个单词的书籍编码到不到一沙克（亿万分之一克）的DNA微中，连同文字一起的还有11张图片和一段Java程序。“今后，拇指大小的设备就能存下整个的信息。”该项目首席研究员、哈佛大学遗传学家乔治?丘奇说。DNA数据存储正在兴起。在人们把目光投向生物存储之前，占据存储市场主流的就是现在的存储介质，主要是磁盘、光盘。蓝光的问世顺应了大数据存储的潮流。现在单层蓝光光盘能够保存25GB以上的信息。还有人在研发用紫外线做，其波长比蓝光更短，如果成功，一张光盘可以保存500GB的数据。不过这些存储方式有一个共同的缺点，磁片表面也好，光盘表面也好，都是单层的平铺式地记录和保存信息，哪怕磁盘每一层可以叠加，也和DNA封闭的双螺旋立体结构无法媲美，记录的数据量相去甚远。一克DNA即能储存上千亿个千兆字节，相当于1000亿张DVD光盘的内容。除了容量巨大之外，和其他存储介质相比，DNA存储比较可靠，在室温下也是稳定的，它甚至可以将它放在任何地方，几十万年后，它还在那里。这项实验被刊登在《科学》期刊上。但因编码存储和读取过程太过昂贵，DNA存储离商业化还有一段距离。“随着DNA合成、测序价格的不断下降，这或许将成为长期存储数据的一种选择。”哈佛大学生物学教授可苏里说。这一实验，或许为解决未来社会爆炸性的大数据存储指明了方向。目前这项技术所面临的唯一障碍就是成本过高，不过专家表示，有望在十年内将其普及。今天我们就先来说说这DNA数据存储概念。
　　DNA数据存储的写入
　　科学家们将很小的DNA片段用喷墨打印机嵌入到微阵列芯片表面。接着，他们把计划写入DNA的书里包含的信息：图片、文字、程序转化为HTML格式的文件，并将这些文件编译为由0和1组成的电脑能够读懂的2进制数据。然后，他们www.southmoney.com将2进制数据转为四种碱基，把0转为A或C，把1转成G或者T，并建立DNA链来维系这些编码的顺序和位置。每一个DNA片段还包含一个数字“条码”，记录它在原始文件中的位置，每个片段被合成多个拷贝以便有助于校正错误。编码完成后，这些芯片会在4摄氏度下保持三个月。
　　DNA数据存储的读取
　　启用DNA读取装置，将所有DNA片断中的编码按照标记顺序排列，再还原成2进制格式的数据。每个DNA片断的每一个拷贝被测序高达3000次以便校对。利用这种方式，他们将5.27兆数据中的错误降低到只有12个。这种尺寸微小的存储设备，存储密度远远高于DVD、硬盘等介质，效果也毫不逊色。
　　DNA数据存储概念股一览
　　达安基因（002030）公司在基因诊断技术及其试剂产品的研制、开发和应用上始终处于领先地位。
　　中新药业（600329）参股25%天津生物芯片技术有限责任公司。该公司是我国五大生物芯片研发基地之一，具有世界先进水平。
　　星湖科技（600866）控股上海博星基因芯片有限责任公司是中国最大规模的基因芯片研发、生产和经营企业之一，是一家集高新科技与优质于一体的生物芯片公司，博星公司能提供各类生物芯片产品、相关技术服务在内的全套解决方案，产品有各类表达谱芯片，疾病检测芯片，商检芯片等三十几个品种。（南方财富网个股频道）
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关于南方财富网 － － － － － －特此声明：广告商的言论与行为均与南方财富网无关 南方财富网 & 版权所有DNA存储：这是用“生命”来存储数据
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我们都知道DNA（脱氧核糖核酸）存着生物的生命信息和遗传指令。储存人造的数码信息？还真没听说过。
不久前，欧洲生物信息研究所（EBI）的高德曼（Nick Goldman）博士及其团队在《自然》杂志今年1月号上发布了一项研究：用DNA存储数码信息。文章详述了实验的总体设想、具体方法和结果，以及费用分析。学界和业界为之轰动，称它为信息存储领域的一个&里程碑&。
难怪如此，数码信息存储已是信息社会的一只烫手山芋。互联网时代，数码信息爆炸，以天文级数不断增长。据美国IDC公司的最新研究报告，2012年，全球生成和复制的数码信息总量近3个ZB（ZB是信息量单位，等于10的21次方；常见的GB是10的9次方）。IDC预测，数码信息的总量将以每两年翻一倍的速度增长，到2020年，达到40个ZB。这到底是多少呢？打个比方您就明白了。全球所有的海滩加起来，大约有 700,500,000,000,000,000,000颗沙粒；40个ZB就是这沙粒总量的57倍。届时，咱们中国产的信息将占全球总量的22％。如此巨大的信息量，好处是显而易见的。许多前人没法想象、难以完成的事，我们现在拿着手机，点击几下，就把它做了。古人说，秀才不出门，全知天下事，不就是今天网友生活的写照？商业活动就更离不开网络信息了，比如那些全球连锁店，可以实时收集、分析各地分店销售库存数据，随时调整订单进货，减低成本，提高利润。诸如此类，不胜枚举。由此还发展出一个新学科：大数据。
然而，有一利必有一弊。海量信息让存储空间叫急，人力物力费用不堪重负。总部位于瑞士的欧洲核研究组织（CERN）就是一个典型例子。该组织掌管着大型强子对撞机的运行和数据分析，每年产生约25个PB（PB等于10的15次方）的数据，2015年将增至50-60个PB，相当于一百八十多万张常规DVD的存量。按规定，这些数据归档后，必须保存二十年或更久，存放在恒温恒湿的环境。而且，每隔三四年，整个数据档案要翻录到新的存储介质上，以确保信息安全，便于跟新一代计算设备和技术匹配。试想，保存并维护这个数据集，得占多大的地方，花多少钱，费多少人力！这还只是一个机构的困难。所以，任何能减压的发明创造，都会受到热烈欢迎。
为此，科学家一直在努力，寻找新技术、新方法、新介质，解决存储问题。从大软盘到小软盘，再到光盘，如今是U盘；还有硬盘、磁带、云存储等，新品种层出不穷。然而，存储能力的增速就像矮人一样，远远跟不上信息的步伐。结果是，决策者常常不得不在保证信息完整与节省经费之间做选择，十分棘手。现在，高德曼博士告诉我们，他们的发明，可以让仅一克重的DNA存储2.2个PB信息量。换句话说，CERN每年60个PB的数据，只需约28克DNA就解决了。您说，大家能不兴奋！
话说回来，DNA的存储效能，这并不是什么新发现。众所周知，地球上一切生物的基因信息都存在DNA上，我们每个人的身体就拥有约30亿个碱基对。但用DNA来存储数码信息，却是科学上又一次偶遇的惊喜。阿基米德泡在澡盆里想出了浮力定律，牛顿躺在苹果树下发现了地心引力；而高德曼和同事一次在研究所附近的酒吧泡吧，忽然灵感降临，得了想法&&赶快掏出笔，把一套DNA数码信息存储的编码设计写在了纸巾上。
若能用DNA存储数码信息，当然是再理想不过。只是实现起来并不容易，要攻克许多技术难关。2012年似乎是一个转折点。高德曼团队和哈佛大学的George Church团队相继公布了各自的研究成果，而前者的成果更为完善、可操作而实用。Church教授评价说，因为高德曼团队的工作，&我们终于有了一个真实的领域&。
据高德曼博士的报告，DNA存储数码信息的原理和过程似乎并不复杂：用特定的碱基编码，将电子文件编入DNA，合成后即可保存。取用信息时，用DNA测序仪，按编码规则将该DNA序列转换解读回电子文件，便能在电脑上使用了。所以，编码的设计是DNA数码信息存储成功的关键。数码信息是一个内容形式多样、数量高速增长的集成。因此，编码须有足够的能力编辑无限扩大的信息集，并忠实记录其中的每一分子，准确度100％，不容半点差错。
高德曼团队做到了。他们的方法是这样的：首先，把电子文件的二进制码（0，1）翻译成三进制码（0，1，2）；然后，用由DNA四个碱基（分别以它们的学名首字母A、T、C、G代表）构成的一套特定编码和规则，将三进制码编译成一个DNA码序列。接着，以每25个碱基向后错位的方式，把这个DNA序列切割成若干个含100个碱基的等长片段，直至整个序列的所有内容都获得四个复本（例如：1，2，3，4；2，3，4，1；3，4，1，2；4，1，2，3）。这样一来，当任何一个复本出错时，有另外三个复本可供参考认证，可谓万无一失。为了确定这些等长片段在这个DNA序列中的准确位置，高德曼团队给它们各自的首尾加上了索引标识。用DNA编码编好电子文件后，再用专门设备做DNA合成，信息写录就完成了。取用合成DNA中的信息时，先把合成DNA放入标准化学试剂，然后用DNA测序仪，根据索引标识，将各个片段依序粘接成原DNA码序列，再译回二进制码，形成电子文件，就大功告成了。高德曼团队十分谨慎，在编码设计中不惜繁琐，引入多重防错检错机制，为的是保证编辑和解读复原达到零误差。
编码设计好之后，高德曼小组用了五个不同类型的电子文件做测试：一段26秒钟长的马丁&路德&金《我有一个梦想》演讲录音；一篇关于DNA结构的经典学术论文的PDF文件；莎士比亚十四行诗全篇，一张EBI大楼的彩色照片；以及一段这次试验使用的软件算法（a Huffman code）。信息总量不大，约739千字节，着重检验编码对不同信息形式、内容以及格式的适用能力。DNA的存储能力的确惊人，当装着这五个文件的合成DNA的试管送到高德曼手中，他看了半天，竟然什么也没找到。还是经同事指点，才发现试管底部那颗灰尘般大小的DNA。
然后，团队用DNA测序仪，把合成DNA中的信息复原为电子文件。结果令人振奋：它与原始电子文件的重合率为100％。不过这100％跟着一段有惊无险的小插曲。在DNA测序时，PDF文件中的两个25碱基小节不见了。缺了它们，就会出现误差，这是绝对不能容忍的。好在编码为每个小节提供了四个复本，根据复本，编码准确地完成了复原任务。这次歪打正着，证明了该编码防错的优越性能。还好，团队很快找到了丢失的原因，高博士保证，只需稍微修改一下程序，类似问题以后不会再发生了。
编码实验成功！关键的一步迈出，DNA作为信息存储介质的其他优越性能也就变得实在了。除了存储密度高，DNA还有一些突出的优点。它很容易保存，只需放在冷、暗、干燥处，没有恒温恒湿的苛刻要求。它还非常稳定，存放上百万年都没问题，不会走样。另外，它合成测序，使用的设备和方法都是生物学研究的常规工具。这使得DNA的存储有效地避开了因设备技术更新换代而起的许多麻烦。所以DNA是数码信息长期存储的理想材料，而且存储的时间越长，越能显出优越性。
这样看来，我们是不是就可以期待在不久的将来用上DNA盘，把信息存储的担忧甩到脑后去呢？还是那句话，利弊相生。
DNA作为存储介质，也有显著的弱点。首先是成本太高。高德曼团队的实验费用高得惊人：每一兆（MB，10的6次方）字节的存储费用是12,400美元，外加测序解读220美元。这是常规磁带存写费用的一百万倍还多。甭说个人，就是尖端科研也用不起啊。所以，DNA存储必须大大降低成本，才谈得上实际应用。第二，信息写读非常耗时。数码信息编入DNA目前只能由专门的DNA合成设备来做；而从DNA中取读信息，重组复原为数码文件，也很费时。高德曼团队用了整整两个星期，才完成五个文件739千字节的复原。第三，DNA介质不能重复使用，写录完毕，一般来说不能修改，不能再用。可是，我们已经习惯了常规存储，如硬盘和U盘的便利。十来美元买一只16GB存储量的U盘，插入电脑，就能周而复始地写文章，做计算，听音乐，看录像；人机（存储器）之间无缝交流，用我们普通人的标准，几乎达到了合一的地步。这些&简单&的基本功能，DNA介质却难以胜任。所以，DNA存储介质离实际应用还有漫长的路要走。
好在科学家大多是乐观派。高德曼团队对DNA整体研究的发展和编码本身的改进充满信心，认为DNA介质用于数码信息长期存储，前景是光明的。并且指出，DNA起始费用是很高，但那只是一次性的。后续的保养费用却极低，几乎可以忽略不计。反观常规介质，起始费用虽低，但后续费用高，人力消耗也很大。高德曼团队计算过，以目前价格看，只有需要保存六百年以上的信息，使用DNA存储才划算；换言之，存储六百年，才能使DNA一次性费用与常规介质的长期维持费用持平。但根据近年来DNA合成和测序费用大幅下降的走势，可以预计，十多年内价格有望下降一百倍。要是这样，存储期五十年以上，且无需多次存取的信息，DNA介质就很有竞争力了。
一位研究历史的朋友，听了这个故事，大为赞叹：这下好了，不仅可以把无数史籍乃至一座座图书馆都录入DNA，咱们的日常生活也能留给后人了&&声像图文并茂，叫千秋万代之后的他们，接触真真实实的我们！
是啊，那该多好！DNA和数码信息携手，演绎着一个未来的故事：那承载生命的，让生命之造物得了&永存&。
原标题：存储数码信息的DNA 本文仅代表作者个人观点。
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