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DNA-Speicherung ist die wichtigste Innovation, von der Sie noch nie gehört haben

(Bildnachweis: DNA Data Storage Alliance)

DNA übertrifft aktuelle Archivierungstechnologien in fast jeder Kategorie. EIN aktuelles Papier schätzt, dass 9 TB kodierter DNA auf nur 1 mm^3 Platz gequetscht werden können, was bedeutet, dass das Volumen einer einzelnen LTO-Kassette 2 Millionen TB an Daten aufnehmen würde, was ungefähr der 167.000-fachen Kapazität eines LTO-8-Bandes entspricht.



In einem realen Szenario könnte DNA verwendet werden, um das gesamte YouTube (von dem angenommen wird, dass es ungefähr gehostet wird) zu speichern 400.000 TB neue Videos jedes Jahr) in einem kleinen Kühlschrank, im Gegensatz zu vielen Hektar Rechenzentren.

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Im Gegensatz zu Magnetbändern, die je nach Nutzung alle ein oder zwei Jahrzehnte ausgetauscht werden müssen, kann DNA unter den richtigen Bedingungen Tausende von Jahren halten. Dies bedeutet, dass die Gesamtbetriebskosten (TCO) potenziell extrem niedrig sein können.

Darüber hinaus ist DNA biologisch abbaubar und leicht reproduzierbar, verbraucht wenig Energie über die Energie, die für die Herstellung des notwendigen Klimas benötigt wird, und ist damit äußerst umweltfreundlich.

Es gibt jedoch noch zahlreiche Gründe, warum die DNA die Bandspeicherung noch nicht überflüssig macht. Die Technologie steckt noch in den Kinderschuhen, wobei in fast jeder Phase des Prozesses Knicke ausgebügelt werden müssen, von der Codierung über die Synthese bis hin zur Sequenzierung.

Laut Turguy Goker, Director of Advance Development, LTO beim Speicherunternehmen Quantum, ist es noch zu früh, um auf dieses Pferd zu wetten.

Die DNA-Speicherung schwimmt derzeit in einigen unruhigen Gewässern und es wird einige Jahre dauern, bis sie sicher in Richtung kommerzieller Küsten navigieren kann, erklärte er.

Dicht und langlebig, aber langsam und teuer

So vielversprechend die ersten Anzeichen auch sein mögen, es sind noch eine Reihe von Hürden zu überwinden, bevor die DNA beginnen kann, das weltweite Speicherkapazitätsproblem zu knacken. Die Hauptprobleme betreffen Kosten und Geschwindigkeit.

Um einen Abbau zu verhindern, benötigt DNA ein sehr spezifisches Klima, das sowohl schwierig als auch teuer zu halten sein kann. Insbesondere muss DNA entweder bei extrem niedrigen Temperaturen aufbewahrt oder einem sorgfältig kontrollierten Luftstrom ausgesetzt werden.

Mit aktuellen Techniken ist der Prozess des Schreibens von Daten in die DNA auch im Vergleich zu etablierten Technologien extrem zeitaufwändig. Solange dies nicht verbessert werden kann, wird die DNA-Speicherung im großen Maßstab unbrauchbar bleiben.

Das Schreiben von DNA ist ein chemischer Prozess und von Natur aus viel, viel langsamer als die digitale Elektronik, die wir derzeit verwenden, erklärte Goker. Ohne diese Barriere zu überwinden, ist das Schreiben in einen DNA-basierten Speicher analog zum Entleeren eines Schwimmbeckens mit einem Trinkhalm.

(Bildnachweis: Shutterstock / Billion Photos)

Das Auslesen von in DNA gespeicherten Daten stellt ebenfalls eine Herausforderung dar, wobei eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass während des Sequenzierungsprozesses Fehler eingeführt werden. Aus diesem Grund erwartet die DDSA von den ersten Anwendern der Technologie, dass sie diese für Anwendungsfälle einmal schreiben, nie lesen (WORN) oder einmal schreiben, selten oder nie lesen (WORSE) verwenden (z. B. Speichern bestimmter Datentypen, um regulatorische Anforderungen zu erfüllen).

Abgesehen von den technologischen Problemen muss das Fehlen gemeinsamer Standards angegangen werden, um sicherzustellen, dass DNA-Speichertechnologien sowohl miteinander als auch mit Legacy-Technologien interoperabel sind.

Da die DNA-Speicherung jedoch sowohl Aufmerksamkeit als auch Investitionen von Regierungen, etablierten Speicherunternehmen und Technologiegiganten auf sich zieht, wird daran gearbeitet, Lösungen für diese Probleme zu finden.

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Zum Beispiel hat das US-Büro des Direktors des Nationalen Geheimdienstes die Molecular Information Storage ( NEBEL ) im vergangenen Jahr mit dem erklärten Ziel, DNA-Technologien zu entwickeln, die 1 TB schreiben und 10 TB innerhalb von 24 Stunden zu einem Preis von weniger als 1.000 US-Dollar lesen können.

Unabhängig davon hat Twist Bioscience eine Methode entwickelt, um Steigerung der DNA-Syntheseausbeute um den Faktor 1.000 durch die Verwendung einer Siliziumplattform, die die erforderliche Chemie miniaturisiert.

Nach Angaben der DDSA werden Bedenken hinsichtlich der Datengenauigkeit durch Skripte zerstreut, die Sequenzierungsprobleme korrigieren können, und die Organisation glaubt auch, dass noch Zeit bleibt, um Spezifikationen festzulegen, die eine Fragmentierung in der gesamten Branche verhindern.

Im Gegensatz zur Synthese für das Gesundheitswesen, die perfekt sein muss, kann die DNA-Speicherung aufgrund der Korrekturalgorithmen, die heute typischerweise in der Speicherung verwendet werden, Fehler tolerieren. Pioniere der DNA-Speicherung arbeiten bereits an Verbesserungen der Verschlüsselungs- und Fehlerkorrekturalgorithmen, die dieses Risiko mindern und die Daten genau wiederherstellen, erklärte ein Sprecher.

Wenn die Methoden und Werkzeuge für die kommerziell nutzbare DNA-Datenspeicherung besser verstanden und allgemein verfügbar werden, wird die Allianz die Schaffung spezifischer Spezifikationen und Standards (z. B. Kodierung, physische Schnittstellen, Aufbewahrung, Dateisysteme) erwägen, um die Entstehung interoperabler DNA-Daten zu fördern speicherbasierte Lösungen, die bestehende Speicherhierarchien ergänzen.

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Ist das das Ende des Bandes?

Obwohl die Einführung der DNA-Speicherung Fragen über die dauerhafte Nützlichkeit von Magnetbändern aufwerfen wird, gibt es einige, die glauben, dass die Schrift noch nicht an der Wand steht.

Auf die Frage, ob die DNA ihre Bandspeicherprodukte gefährden würde, deutete IBM beispielsweise auf Verbesserungen bei der Banddichte hin, was sich auch im kommerziellen Kontext bewährt hat.

Da das Datenvolumen weltweit weiter ansteigt, bleibt die Bandtechnologie die Lösung der Wahl für Unternehmensdatenaufbewahrung, Schutz und Ausfallsicherheit für lokale und hybride Cloud-Umgebungen, sagte Andy Walls, CTO und Chief Architect bei IBMs Flash-Storage-Abteilung.

Es ist auch die umweltfreundlichste Speichertechnologie auf dem Markt, verbraucht keinen Strom und hält jahrzehntelang. Und weil wir die Banddichte immer weiter verbessern, kann heute eine einzelne Kassette von IBM (die kleiner ist als eine VHS-Kassette) unglaubliche 60 TB komprimierter Daten aufnehmen. Dies sind einige der Eigenschaften, die Tape zur bevorzugten Lösung für die größten Hyperscaler machen, die sich für kostengünstige und zuverlässige Archivspeicherung darauf verlassen.

Bandspeicherbibliothek(Bildnachweis: Shutterstock / kubais)

Ende letzten Jahres gab IBM außerdem bekannt, den Weltrekord für Flächendichte auf einem von Fujifilm entwickelten Prototyp-Band aus Strontiumferrit (SrFe) gebrochen zu haben. Das Paar erreichte einen Rekord von 317 GB/Zoll^2, was 580 TB pro Kassette entspricht, was zeigt, dass das Band noch einen Weg vor sich hat, bevor es seine maximale Dichte erreicht.

Obwohl die Eigenschaften der DNA-Speicherung am ehesten mit Bändern vergleichbar sind, glaubt Quantum, dass DNA eher in bestehende Setups passt, als die etablierte Technologie vollständig zu ersetzen.

Das Band zeigt keine Anzeichen für ein baldiges Verschwinden, insbesondere für Langzeitarchivierungszwecke vor Ort, sagte uns Goker. Es ist die wirtschaftlichste Speicherform pro Megabyte, kann große Datenmengen pro Kassette speichern und erfordert sehr niedrige Betriebskosten. Es ist auch eines der sichersten Speichermedien auf dem Markt, da Daten offline gespeichert werden und auch als aktives Archiv eine wichtige und wichtige Funktion für Hyperscaler darstellen können.

Anstatt beide Speicheroptionen als konkurrierend zu betrachten, sollten wir ihre komplementäre Natur betrachten, wenn wir im Tandem arbeiten. DNA wird Tape in Zukunft ergänzen, indem es als abgestuftes System in Hyperscale-Rechenzentren koexistiert. Es ist unwahrscheinlich, dass DNA in den nächsten Jahren Magnetbänder ersetzen wird, aber sie wird eine Stufe darunter einnehmen, da einmal gelesene seltene Anwendungsfälle beschrieben werden. Eine perfekte Mischung für Big-Data-Archivierungsszenarien.

Obwohl es unwahrscheinlich ist, dass Tape kurzfristig an sich gerissen werden, da es das Herzstück von Unternehmensspeichersystemen ist, gibt es wenig Anzeichen dafür, dass die jahrzehntealte Technologie dem Daten-Tsunami am Horizont standhalten kann, unabhängig davon von F&E.

Obwohl sich die Bandkapazität mit jeder LTO-Generation fast verdoppelt hat und das Kapazitätswachstum von SSDs und HDDs um Größenordnungen übertroffen wird, kann selbst diese exponentielle Expansionsrate das produzierte Datenvolumen nicht übertreffen.

Analyse wird unerschlossen (und unbekannt) bleiben, da Unternehmen mit unvollständigen Datensätzen arbeiten müssen.

Aus Verbrauchersicht ist es möglich, dass Social-Media-Plattformen, E-Mail-Unternehmen und andere damit beginnen, ältere Daten und Beiträge zu löschen, um Platz für den ständig fließenden Strom neuer Inhalte zu schaffen. Google zum Beispiel vor kurzem angekündigt Es beginnt mit dem Löschen von Daten, die an seine Gmail-, Drive- und Fotos-Dienste angehängt sind, von Konten, die zwei Jahre oder länger inaktiv waren.

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Die DNA-Speicherung ist nicht die einzige Hoffnung; Forscher von Microsoft untersuchen die Möglichkeit, mit Lasern Daten in Quarzglas ätzen , oder Speichern von Daten in Hologrammform im Inneren Kristalle.

Mit ihren einzigartigen Eigenschaften und Merkmalen ist die DNA jedoch vielleicht der wahrscheinlichste Retter.

Laut Luis Ceze, einem Experten für DNA-Speicherung an der University of Washington, wird es zwischen acht und zehn Jahren dauern, bis DNA in groß angelegten kommerziellen Kontexten eingesetzt wird. Andere von uns konsultierte Spezialisten schlossen sich dieser Einschätzung an.

Ceze sagte uns jedoch auch, dass die Forschungstrends günstig sind und dass Boutique-Märkte für kleinere Datenanforderungen bereits heute machbar sind. Es besteht also die Hoffnung, dass das Rennen gegen die Uhr noch gewonnen und ein Datenunglück abgewendet werden kann.

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Angestellter Autor

Joel Khalili ist Staff Writer und arbeitet sowohl für ArmenianReporter Pro als auch für ITProPortal. Er ist daran interessiert, Pitches zu den Themen Cybersicherheit, Datenschutz, Cloud, Speicher, Internetinfrastruktur, Mobilfunk, 5G und Blockchain zu erhalten.

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