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

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MarkBathe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helloworld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ScienceAdvances；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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▲IDC监测2015-2020年全球数据量变化趋势以及2025年预测
DNA是储存遗传信息的载体，携带有合成RNA和蛋白质所必需的遗传信息，它可以对生物的所有信息进行编码。
上世纪50年代，就有研究人员发现了生物特征和人造物体的关系。DNA分子由四种碱基组成，数据由二进制0和1组成；DNA用来储存遗传信息，数据正好需要一个介质存储，由此苏联物理学家米哈伊尔·萨莫伊洛维奇·内曼（MikhailSamoilovichNeiman）想到，是否可以参考DNA结构来存储数据？
与传统的存储介质不同， DNA存储技术有如下显著优势。
首先是DNA存储密度高。一个DNA分子可以保留一个物种的全部遗传信息，最大的人类染色体含有近2.5亿个碱基对，那么就意味着一条和人手差不多长的DNA链，就可以存储1EB（1EB=10.74亿G）数据。