Lưu trữ dữ liệu bằng DNA

Một trong những thay thế đối với các thiết bị nhớ khối (mass storage devices) hiện hành có thể là lưu trữ dữ liệu dựa trên DNA.

DNA trở thành phương tiện lưu trữ dữ liệu.

Dữ liệu là cơ sở cho mọi hoạt động của các tổ chức trên thế giới. Không phụ thuộc vào việc là động cơ cho hoạt động thường ngày, hay cung cấp các thông tin mới, làm thay đổi thế giới, dữ liệu luôn là mẫu số chung của hoạt động và phát triển nền văn minh.

Dựa trên quan điểm đó, các công nghệ lưu trữ dữ liệu hiện nay sẽ phải được định nghĩa lại. Ngay từ bây giờ, lượng dữ liệu sản sinh ra đã là một thách thức lớn. Các trung tâm tái tạo dữ liệu đòi hỏi được cung cấp năng lượng lớn hơn, làm lạnh nhiều hơn, cũng như thường xuyên bảo trì và theo dõi, kiểm tra.

Số lượng và tốc độ cung cấp thông tin tăng chóng mặt, còn các khả năng tiếp cận thì có thể không tái tạo được các thông tin đó. Hơn nữa, các thiết bị như máy chủ, đĩa cứng và bộ nhớ flash có thể bị hỏng. Thế giới sinh học có thể mang tới các công nghệ lưu trữ mới; trong đó, DNA chính là phương tiện lưu trữ dữ liệu bền vững nhất. Hiện tại, DNA được sử dụng để lưu trữ và bảo mật các thông tin quan trọng.

Phương tiện lưu trữ dữ liệu tự nhiênCấu trúc đặc biệt chắc chắn và dễ dàng nhân bản đóng vai trò căn bản trong việc tạo ra sự sống – hiện giờ cấu trúc đó còn được sử dụng để lưu trữ thông tin. Theo tạp chí New Scientist (Anh), 1 gam DNA có thể lưu trữ được 455 exabyte dữ liệu (1 exabyte bằng 10 lũy thừa 18 byte). Đây là lượng dữ liệu lớn hơn tổng dữ liệu số hóa hiện nay trên thế giới. DNA là phương tiện lưu trữ dữ liệu bền vững hơn hẳn các loại phương tiện lưu trữ khác.

Dữ liệu lưu trữ trong DNA, trong những điều kiện thích hợp, có thể “nằm nguyên vẹn” qua hàng trăm năm. Nhờ vậy, ngày nay, các nhà khoa học phát hiện các phần tử hóa thạch hàng nghìn năm tuổi trong tình trạng được bảo tồn tốt. Băng cassette, đĩa CD, đĩa cứng… không thể sánh với DNA về tính lâu bền trong lưu trữ. Xét về phương diện lưu trữ, tái tạo và nhân bản, DNA là vật liệu hoàn hảo.

Năm ngoái, các nhà nghiên cứu ở Công ty Microsoft và ĐH Washington (Mỹ) đã phát triển thiết bị lưu trữ DNA đầu tiên trên thế giới. Sử dụng thiết bị này, các nhà khoa học đã mã hóa từ “hello” trên DNA và sau đó đã tái tạo nó trên máy tính.

Từ DNA đến thủy tinhVật liệu tiếp theo trong cuộc chạy đua chế tạo thiết bị lưu trữ dữ liệu hiện đại là thủy tinh đặc biệt bền vững. Một ví dụ tuyệt vời là thiết bị Project Silica của Microsoft, được chế tạo từ thủy tinh silica nóng chảy. Các laser liên tục biến đổi cấu trúc thủy tinh, tạo điều kiện lưu trữ dữ liệu, sau đó dữ liệu này sẽ được đọc bởi các thuật toán học máy. Vật liệu thủy tinh silica chiếm ít không gian, không đòi hỏi phải lưu trữ trong điều kiện khí hậu đặc biệt, thế nhưng vật liệu này có khả năng lưu trữ và tái tạo dữ liệu khổng lồ.

Mặc dù, các công nghệ có thể được hoàn thiện liên tục, tuy nhiên thời gian và chi phí giải mã thông tin buộc phải được hạ xuống, để các công nghệ này có thể được ứng dụng trong thương mại. Sự phát triển công nghệ là rất rõ nét. Việc viết và giải mã thông điệp “hello” 5-byte diễn ra trong 21 giờ. Các chi phí cũng giảm xuống một cách ngoạn mục – chẳng hạn, trong năm 2001, chi phí cho giải mã trình tự gene người là 100 triệu USD, thì nay chỉ cần 1.000 USD và 2 ngày cho công việc này.

Việc tạo ra các bản sao dự trữ chắc chắn sẽ được thay đổi nhờ DNA. Các trung tâm lưu trữ dữ liệu với diện tích mặt bằng rộng lớn sẽ dần biến mất. Tri thức nhân loại sẽ có thể được lưu trữ trên một thứ rất nhỏ, phải dùng kính hiển vi mới quan sát được. Lượng dữ liệu không hề giảm đi, mà trái lại, sẽ tăng đều đặn từng ngày, và kéo theo đó, giá trị phương tiện lưu trữ thay thế ngày càng lớn.

Các hoạt động phức tạp hiện nay nhằm lưu trữ thông tin, chẳng bao lâu nữa có thể được dồn nén vào một file. Thế hệ công nghệ lưu trữ mới đã ở trong tầm tay – chúng ta chỉ cần làm quen và học cách sử dụng nó trong thực tế.

Theo Nauka