数据存储的下一个方向：DNA和玻璃争夺档案存储王冠

数据存储的竞争中，光学光盘、DNA存储、玻璃存储技术都在发展进步，在这方面，各种技术都有着其优点和缺点，玻璃耐久，DNA仍缺乏一些功能，光学技术还需要创新……

在过去十年中，NAND闪存的成本急剧下降，但随着磁带存储容量的不断增长，它并没有取代硬盘驱动器。是否有空间或需要其他类型的数据存储?

当谈到赢得存储竞赛时，每bit成本是规则，但性能、耐用性和寿命都取决于应用程序。全闪存阵列根据使用情况是合理的，而硬盘驱动器通过创新变得越来越密集，并且可能很快开始利用the Non-Volatile Memory Express (NVMe)协议，该协议完全释放了固态驱动器(SSD)中NAND闪存的优势。

虽然从每bit的成本来看，磁带继续统治着它们，但在数据存储方面，它可能会面临一些竞争；像蓝光光盘及其后继产品这样的光学存储技术不断创新，甚至有大量研究正在利用DNA，而玻璃可能是一种选择。

玻璃——可持续的存储

微软的Project Silica项目一直在尝试用玻璃作为存储介质，这是受可持续、经济、长期存储需求的推动。

在接受《电子时报》采访时，该项目的研究主管理查德·布莱克(Richard Black)告诉《电子时报》，这是一个未解决的问题，随着现有数据媒体的磨损，这个问题还在继续增长，而且在存档期间必须多次更换。

Project Silica项目使用激光脉冲在玻璃中对数据进行编码，创造出一种持久耐用的存储介质。(来源:微软)

布莱克说，微软玻璃的起源来自南安普顿大学的一项物理学研究，该研究具有在一种不会衰变的介质中存储数据的潜力。“我们意识到，只要我们能够驯服物理，我们就可以创建更好的数据存储，并且对环境的影响要小得多。”

虽然与硬盘相比，磁带是一种成本较低的介质，但布莱克表示，之前的研究表明，制造磁带仍然需要大量的能源和水，并导致更高的成本、温室气体和排放。他补充说，磁带和硬盘会随着时间的推移而退化，这导致为长期数据提供低效、浪费和昂贵的解决方案。

而玻璃不像磁带那样需要专门的温度、湿度和微粒控制环境，这使得它更容易部署到数据中心。

玻璃的突出特点是介质的耐用性。耐久性有助于其寿命、不变性和可持续性及其他重要方面。

他说，数据存储让人想起20世纪60年代的主机备份，但数据存储是生产云的一个庞大且快速增长的部分。Project Silica项目一直致力于解决这一关键而及时的需求。

存储的未来是有机的吗?

布莱克说，玻璃最适合保存数年以上的数据，而不适合需要快速访问的数据。它仍然是一个研究项目——很像DNA存储——微软也在探索，许多初创公司也在探索。

Iridia成立于2016年，是有希望将基于dna的数据存储商业化的公司之一。它结合了独特和专有的DNA合成化学，独特的硬件架构和半导体制造技术来开发分散的DNA存储，可以无缝地以极高的密度写入，存储和读取数据。

与此同时，Evonetix开发了一种在台式设备内的单个硅芯片上合成、组装和纠错基因长度DNA的方法。该公司表示，其独特的DNA合成芯片能够在热控制下同时合成数千个独立的寡核苷酸序列。

要将DNA存储投入生产，还有很多问题需要解决，大学里正在进行许多研究来解决具体问题。例如，任何新的存储介质都需要具有高效的搜索和检索功能。

DNA存储仍然缺乏功能

华盛顿大学分子信息系统实验室(MISL)的博士生Carina Imburgia正在探索如何使用CRISPR-Cas9(一种序列可编程核酸酶)来靶向DNA序列——本质上是研究如何最好地找到符合特定标准的数据，以便从DNA存储中轻松检索。

“全球对数据存储的需求已经超过了容量，”Imburgia在最近的一次演讲中说。她说，DNA的密度使它成为一种有吸引力的存储介质，它的寿命也是如此。“随着时间的推移，它和相关的技术都将非常强大。”

她说，DNA存储从数字数据的二进制表示开始，然后将其划分为序列。“然后我们给它添加一个地址，这样我们就可以稍后重建这些序列。”

在此基础上，应用编码方案将二进制数据转换为dna数据对。“我们可以将这些链合成为DNA。然后我们把它们存储起来，以备以后需要时使用，这样它们就可以无限期地存储起来。”

Imburgia补充说，可以使用不同的方法来解码或有选择地检索信息。“然后我们对DNA进行测序，并应用算法重建数据本身。”

编码架构可以根据你想如何访问和使用数据而改变。

Imburgia说，从DNA存储中提取数据与从任何其他数据库中提取数据没有什么不同，因为目标是只提取运行操作所需的信息子集。

例如，为了使DNA存储的图像搜索更有效，该架构将被设置为只有与查询相似的图像才会被解码。她的研究探索了CRISPR-Cas9的使用，因为它是一种简单的执行和节能的协议。向导RNA可以被编程并与CRISPR-Cas9整合，以匹配DNA中要切除的目标区域——相当于从数据库中提取特定的信息子集。

弄清楚如何有效地从DNA存储中提取特定信息只是研究的一个领域。MISL的另一个研究项目是开发更强大、可扩展的计算组件，包括一个能够快速、灵敏地检测分子的dna信号放大器。

与此同时，光学技术仍有进步的空间，无论是改进蓝光光盘技术，还是创造更高密度的后继产品。

光存储仍有创新的空间

人们不再经常将数据刻录到光盘上，但包括蓝光在内的光学技术在存储信息方面继续发挥着作用。

等离子体学——也被称为纳米等离子体学——是关于光波和金属纳米粒子之间的相互作用，并与纳米级结构一起利用光子撞击金属表面时发生的电子振荡。普渡大学(Purdue University)的研究人员正在研究如何利用这种现象来进行数据存储，以取代蓝光光盘。

等离子体纳米结构的相对位置不同，就像微小的天线一样，增强光的相互作用，当它们受到光的照射时，根据它们的位置反射不同的颜色。当位置改变时，颜色光谱也会改变，并且可以转换成二进制信息。

Folio公司利用其多层薄膜技术生产的高容量光盘，其容量比当今的蓝光光盘还要大，该技术可在16层间提供随机和快速的数据访问。数据通过专有的光子驱动器访问，以高自旋速度跟踪层。(来源:Folio Photonics)

另一家希望一举取代蓝光光盘和磁带的公司是Folio Photonics，该公司利用材料科学的先进技术，通过在光盘的每个表面涂覆16层，以更低的每bit成本制造出高容量的光盘墨盒。这将允许每个磁盘多达10tb，每个墨盒10个磁盘。

Coughlin Associates的总裁、即将上任的IEEE主席Thomas Coughlin在接受《电子时报》独家采访时表示，所有这些替代存储方案的共同点是，它们都是为数据存储目的而设计的。他补充说，它们也都将是基于墨盒的。“他们会把东西存放在图书馆里，然后在你需要的时候把它们拿出来。”

存储意味着要持续很长时间，而保存大量不需要的数据背后的逻辑是，这些数据最终可能会有用——也许是人工智能训练。“如果我们保存它很长一段时间，我们可能会发现它的一些用途，”Coughlin说。

100年后，旧数据也需要阅读器

磁带存储的使用寿命正在不断提高，在合适的环境下可以持续几十年。与此同时，微软表示，“Project Silica”团队现在可以在一块玻璃板中存储数TB的数据，这种数据可以保存一万年。

Coughlin说，DNA存储也有可能持续数百年，如果你需要重新启动文明，这将派上用场——如果你需要爬出文明黑暗时代，DNA存储将是理想的选择。

他说，考虑到它的性质，它也是最不可能过时的。“像光学这样的东西最大的问题是，100年后，有人会有阅读器吗?”

原文：DNA, Glass Vie for Archival Storage Crown - EE Times