孜然实验室|DNA存储器突破了理论极限，一部手机装下全世界的数据
科学家提出的扩展核酸存储器方案将存储密度提升数倍 ， 达到惊人的每立方厘米630EB 。 一部手机的体积就能存储2020年全世界一年的数据 ， 而2040年（10^24位 ， 1YB）的预计存储需求能够放进100×100×10立方厘米的盒子中 。
人类每天都在创造大量的数据 。 据IDC发布的报告 ， 全球每年产生的数据将从2018年的33ZB增长到2025年的175ZB ， 相当于每天产生491EB的数据 。
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我们先了解一下数据单位 1B（Byte 字节）=8b（bit 位） 1KB（Kilobyte 千字节）=1024B 1MB（Megabyte 兆字节）=1024KB 1GB（Gigabyte 吉字节）=1024MB 1TB（Trillionbyte太字节）=1024GB 1PB（Petabyte拍字节）=1024TB 1EB（Exabyte艾字节）=1024PB 1ZB（Zettabyte泽字节）=1024EB 1YB（Yottabyte尧字节）=1024ZB
今年一季度 ， 存储服务商Backblaze回顾了自己的12万块硬盘的可靠性 ， 三大品牌硬盘的综合年化故障率为1.07% 。 硬盘的理论寿命是3万小时以上 ， 有些可能多至10多年 ， 而有些可能不足1年 。 不管怎样 ， 硬盘的寿命不够长 。
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机械硬盘
此外 ， 随着信息量呈指数增长 ， 制造存储设备的原料可能面临短缺 。
我们使用以硅（从沙子中提炼出来）为主要元素制成的微芯片来收集、处理和存储数据 。 硅是地壳中第二丰富的元素 ， 但用来生产高纯度硅的矿产却不是很多 ， 只占硅总量的不足10% 。
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硅晶圆
一项研究表明 ， 到2040年 ， 海量数据可能会耗尽全球计算机用硅 。 改进硅的提炼工艺是解决方案之一 ， 但是面临成本问题 。 此外 ， 其他替代材料 ， 如氧化镓、二硒化铪、二硒化锆和石墨烯等 ， 进展缓慢 。
除了上述材料 ， 脱氧核糖核酸（DNA）带来了新的希望 。
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DNA形象图
生物体利用核苷酸形成长链 ， 也就是RNA和DNA ， 来编码和存储蛋白质信息 。 人类每一个细胞中都包含一份DNA ， 而这份DNA的数据量大概相当于3GB 。
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DNA显微照片利用DNA来存储数据
目前最先进的计算机硬盘的存储密度大约是每立方厘米1.25TB 。 而标准的DNA存储器在相同的体积的存储能力是硬盘的1百万倍 ， 即1250000TB ， 或1250PB ， 1.25EB 。 一个小行李箱就能够存储全年的数据量 。 作为对比 ， 2019年全年机械硬盘出货量是3.2亿块 ， 固态硬盘2.4亿块 。
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固态硬盘
DNA之所以有如此高的存储密度 ， 部分原因是DNA有4个基本单位：核苷酸 ， 分别是G ， A ， T和C（鸟嘌呤 ， 腺嘌呤 ， 胸腺嘧啶和胞嘧啶） ， 而计算系统目前使用的是基于0和1的二进制系统 。 进制的倍增能够使存储信息量呈“指数级增长” 。
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最近 ， 印度科学家提出了一种新的编码方案 ， 称为扩展核酸存储器（NAM） ， 极大的提高了单位体积可存储容量 ， 这可能是数据存储技术的未来 。
加尔各答的Meghnad Saha理工学院的计算机专家添加了两对新的非标准核苷酸 ， 分别是Ds-Px（thienylimidazopyridine和nitropropynylpyrrole）和Im-Na（imidazopyrimidine和naphthyridine） 。
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