通信技术|一个咖啡杯装下全世界的数据 DNA存储芯片神奇在哪？
我们正处于数据爆炸的时代，全球数据量呈指数级增长！国际数据机构 IDC 预测，2025 年，全球数据量将达到 175ZB，5 年平均复合增长率 8% 。1ZB 等于 1 万亿 GB，如果 175ZB 数据用容量 1GB 的移动硬盘来装，至少需要 175 万亿个硬盘 。在未来，数据存储问题将成为互联网发展的痛点 。
为了解决数据存储这一难题，受生物学的启发，研究人员瞄准了人体内的 DNA 。
最大的人类染色体含有近 2.5 亿个碱基对，如果每个碱基对上都能存储数据，理论上，麻省理工学院生物工程教授 Mark Bathe 说，一个装满 DNA 的咖啡杯就可以存储世界上所有的数据 。这样看来，存储 175ZB 的数据也就不在话下了 。
这样一个前景可观的新兴存储技术，在今年 3 月被写进“十四五”规划纲要草案中 。不仅如此，2021 年层出不穷的相关研究及落地进展，令 DNA 存储技术愈发受到关注 。
例如 1 月 11 日，Nature 子刊上发表了哥伦比亚大学将 hello world 翻译成碱基语言录入大肠杆菌 DNA 的相关论文；5 月 26 日，由中科院深圳先进技术研究院孵化的中科碳元成立，专注于推进 DNA 数据存储研发及商业化；11 月 12 日，东南大学刘宏团队将校训“止于至善”写进 DNA 的论文发表于 Science Advances；11 月 24 日，微软公布首个纳米级 DNA 存储写入器……
需要注意的是，广义上的 DNA 芯片是基因组学和遗传学研究的工具，指在固相支持物上原位合成寡核苷酸或者直接将大量预先制备的 DNA 探针以显微打印的方式有序地固化于支持物表面，然后与标记的样品杂交 。因为其支持物表面常是计算机芯片，因此称其为 DNA 芯片 。
DNA 芯片类型多样，包括检测基因、染色体或用于临床诊断用的芯片，而其中模仿 DNA 分子结构进行数据存储的是我们今天讨论的重点，也就是 DNA 存储芯片 。
01. 碱基与二进制对应，人手长的 DNA 链可存储 10 亿 G 数据
从远古石墙上刻的图案到文字的出现，再到最重要的信息载体书籍的产生，我们产生的信息其实并不多 。但自从进入信息时代，人类在过去 50 年里记录的信息已经远远超过过去 2000 年的信息 。
我们处在信息爆炸的大数据时代，所有互联网中的信息都作为数据保存下来，从网页、应用程序到安防、卫星领域应有尽有 。
根据国际数据组织 IDC 的数据，2013 年至 2015 年全球大数据存储量分别为 4.3ZB、6.6ZB、8.6ZB，增速维持在 40% 左右，而到 2016 年全球大数据存储量达到 16.1ZB，增长率达到 87.21% 。2017 年至 2019 年全球大数据存储量分别为 21.6ZB、33ZB、41ZB，2020 年全球数据量达到了 60ZB 。在大数据领域不断发展的同时，为了满足海量的数据存储需求，存储方式也在不断发生变化 。
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