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DNA存儲(chǔ),從“雕版印刷”走向“活字印刷”(嘮“科”)
2025-06-07 09:39:49   稿件來(lái)源:人民日?qǐng)?bào)

  海量數(shù)據(jù)是構(gòu)建人工智能大模型的基礎(chǔ),目前全球數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。硬盤(pán)、磁帶、U盤(pán)等硅基存儲(chǔ)介質(zhì),存在壽命短、能耗高、占用空間大等問(wèn)題,無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求。怎么辦?這就要發(fā)展新型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。

  DNA是天然的數(shù)據(jù)信息編碼存儲(chǔ)材料。它的密度高,是現(xiàn)有存儲(chǔ)介質(zhì)的107倍;壽命長(zhǎng),低溫下可穩(wěn)定保存數(shù)千萬(wàn)年;能耗低,是解決大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)困境的“優(yōu)解”。

  目前,絕大多數(shù)DNA存儲(chǔ)技術(shù)采用類似“雕版印刷”的設(shè)計(jì)策略,主要思路是“讀”(直接測(cè)序)和“寫(xiě)”(依序合成)。具體而言,是根據(jù)一定的編碼映射原則,將0—1二進(jìn)制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)文件編碼轉(zhuǎn)換為A—T—C—G四進(jìn)制DNA編碼,并進(jìn)一步合成寫(xiě)入DNA,進(jìn)行存儲(chǔ);當(dāng)需要時(shí),這些存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的DNA“文件夾”可以利用高通量測(cè)序等手段解碼。不過(guò),如同“雕版印刷”的使用,這種DNA存儲(chǔ)是一次性的,使用一次、合成一次,成本高、時(shí)間長(zhǎng)。

  受我國(guó)古代“活字印刷術(shù)”啟發(fā),科研人員提出“DNA活字存儲(chǔ)”設(shè)計(jì)思路?!癉NA活字”由預(yù)制的DNA片段構(gòu)成,可編碼1字節(jié)的信息。根據(jù)需要打印的文件內(nèi)容,我們可以自由調(diào)用“DNA活字”,按需組合,再通過(guò)一步多級(jí)連接形成“DNA活字塊”,最終構(gòu)成完整的DNA存儲(chǔ)文件。

  打印過(guò)程如何實(shí)現(xiàn)呢?科研人員開(kāi)發(fā)了“DNA活字”噴墨打印及印刷一體機(jī)“畢昇一號(hào)”,實(shí)現(xiàn)“DNA活字”存儲(chǔ)流程的自動(dòng)化?!爱厱N一號(hào)”裝配了數(shù)百個(gè)預(yù)制的“DNA活字”溶液,可根據(jù)排版打印的文件需求,按照電腦程序指令自動(dòng)選擇所需的“活字”,并全自動(dòng)組裝連接成“DNA活字塊”。

  “DNA活字存儲(chǔ)”擁有類似于活字印刷的復(fù)用性和靈活性,展現(xiàn)出明顯的成本和效率優(yōu)勢(shì)。科研人員測(cè)算,“畢昇一號(hào)”裝配的一個(gè)“DNA活字”可打印1萬(wàn)次,存儲(chǔ)成本大幅降低。借助古人的智慧和現(xiàn)代科研人員的努力,“DNA活字存儲(chǔ)”也將為大數(shù)據(jù)時(shí)代的海量存儲(chǔ)需求提供一種新的解決思路。