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“數(shù)據(jù)已丟失”

“您訪問的頁面已過期”

“您查找的信息已被覆蓋”

“您的內(nèi)存已不足，請及時清理”

在數(shù)字化時代，大眾倚賴數(shù)據(jù)生活、企業(yè)依靠數(shù)據(jù)運行、國家更將數(shù)據(jù)作為未來的戰(zhàn)略資源儲備。當數(shù)據(jù)爆炸性增長，我們依賴的基于硅材料的計算機存儲方式，從人力、物力包括能源角度都已經(jīng)難以應對。信息存儲產(chǎn)業(yè)處于變革中心的當下，DNA存儲應運而生，成為了行業(yè)前進的方向之一。

關(guān)于DNA，我們并不陌生，它作為“生命的密碼”，已經(jīng)成為了我們最熟知的科學名詞之一?；蚣夹g(shù)也一直在探索不同的領(lǐng)域，通過前沿的研究促進著人類社會的發(fā)展。三年前，DNA基因編輯技術(shù)引起了社會上熱烈的討論；基因技術(shù)中的“核酸檢測”也成為了“抗疫戰(zhàn)爭”中的一等功臣。在學科交叉、融合成為主流的今天，DNA與信息技術(shù)相結(jié)合又產(chǎn)生了新的突破——DNA數(shù)據(jù)存儲技術(shù)。

在長江，我們相信學習平臺必須是跨界、跨學科的。面向未來的企業(yè)家學習必須超越經(jīng)濟和管理的范疇，而前沿技術(shù)與創(chuàng)新正是其中的重要領(lǐng)域。

DNA數(shù)據(jù)存儲技術(shù)是什么？在數(shù)字化浪潮席卷而來之際，DNA數(shù)據(jù)存儲技術(shù)應用前景如何？它又將給我們的生活帶來什么新的改變？

長江商學院戰(zhàn)略管理實踐教授石維磊教授，中國科學院院士、上海交通大學王寬誠講席教授、化學化工學院院長樊春海院士，上海交大中國金融研究院金融法制中心副主任丁春春博士近日就這些話題在長江大講堂上進行了對話。

教授薦讀

石維磊

長江商學院戰(zhàn)略管理實踐教授

全球頂級期刊

Journal of Management Studies（FT 50）副主編

最好的創(chuàng)新，永遠在邊界上，而不是邊界內(nèi)。

21世紀不僅僅是生命科學的世紀，也不僅僅是信息科學的世紀，而是兩者交叉融合的新時代。信息技術(shù)（IT）與生物技術(shù)（BT）的交融是學科交叉、技術(shù)變革和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的應許之地。

無論是政府、科學界還是企業(yè)界，交叉學科都是一個備受關(guān)注的主題。而DNA存儲作為IT-BT交融的技術(shù)在未來是一個很有前景的賽道。

DNA存儲具有非常大的戰(zhàn)略意義。近年來大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的興起，導致我們對海量數(shù)據(jù)存儲的需求呈現(xiàn)爆炸般的增長。

在這樣的情況下，從2017年到現(xiàn)在整個驅(qū)動存儲器價格大幅上漲，不僅成為集成電路領(lǐng)域銷售額最大的產(chǎn)品類別，更刺激了全球半導體市場急速擴張。

在過去短短十幾年內(nèi)，主流存儲介質(zhì)需求量遠遠超過了供給量。而傳統(tǒng)的存儲介質(zhì)的工藝高度依賴精密的外部加工設(shè)備自頂向下制備，但DNA存儲技術(shù)不一樣，因為它和傳統(tǒng)工藝正好相反，是自然進化產(chǎn)生的自底向上的生命信息系統(tǒng)，意味著它對外部加工設(shè)備的依賴性極大地降低。從戰(zhàn)略層面來看這項技術(shù)的意義非常重大。

科學進步往往能開啟新的藍海市場，當前市場規(guī)模巨大的核酸檢測行業(yè)就是DNA存儲的上游技術(shù)DNA合成的產(chǎn)業(yè)應用之一，而其下游的DNA輸出技術(shù)則催生了現(xiàn)在蓬勃發(fā)展的基因測序產(chǎn)業(yè)。DNA存儲已經(jīng)誕生，預知變化、助推變化、取勢變化才能占盡先機，贏得優(yōu)勢。

對話精編：

石維磊：在我們的生活中，DNA是經(jīng)常被提及的一個專業(yè)詞匯，那從科學角度，它具有什么樣的特性，與信息技術(shù)結(jié)合，將產(chǎn)生什么樣的突破點？

樊春海：首先我們從DNA的化學結(jié)構(gòu)上看，它之所以形成雙螺旋的分子結(jié)構(gòu)，和它的組成成分ATGC四種化學單元是有關(guān)系的。

在DNA結(jié)構(gòu)里，A和T配對，G和C配對，兩條配對的DNA鏈可以像拉鏈一樣形成雙鏈，并進一步扭曲成雙螺旋結(jié)構(gòu)。

從生物技術(shù)角度來看，DNA的ATGC結(jié)構(gòu)，將ATGC四個字母看成四進制，就能洞悉從病毒、細菌到植物、動物、人類的編碼，了解多姿多彩的世界背后的信息。

通過DNA，我們不僅可以測現(xiàn)在的人，還可以測古人，測我們的祖先，測古生物，現(xiàn)在的技術(shù)已經(jīng)強大到了可以測幾十萬年前甚至一百萬年前的古生物。

所以，既然DNA可以儲存生命信息，那么為什么不能儲存數(shù)據(jù)信息呢？

20世紀80年代，當科學家都在研究DNA的生物學功能的時候，美國紐約大學希曼教授首先提出將DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)進行拼接和搭建。

DNA是需要使用原子力顯微鏡才能觀察到的納米尺度的物質(zhì)，但同時也是可以被操控的分子材料，可以變成真正意義上的宏觀尺度的材料。

DNA存儲技術(shù)在上個世紀八十年代被第一次提出來，發(fā)明了全自動的化學合成儀，信息可以程序化儲存在自動化學合成的DNA片段中；

2012年，哈佛大學發(fā)表一篇文章，表示可以用DNA來存儲一本書；

截止到今天，因為DNA存儲存儲密度高、穩(wěn)健性強兩個非常重要的特性，一些特種應用已經(jīng)可以將部分數(shù)據(jù)交給DNA儲存。

DNA代替?zhèn)鹘y(tǒng)數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)，已經(jīng)是可以看到的未來。

石維磊：剛才您提到DNA的兩個重要特性，這兩個特性為存儲技術(shù)帶來了怎樣的突破？

樊春海：DNA存儲作為一個億萬年自然進化選擇出來的碳基生命遺傳密碼的存儲介質(zhì)，具有兩個非常重要的特性，這兩個特性是目前我們存儲介質(zhì)所缺少的。

第一個特性是具有極高的存儲密度。

原來的存儲需要一個很大的體積，但因為DNA具有極高的存儲密度，意味著我們不需要很大的體積就可以把這個信息保存下來。

第二個特性是穩(wěn)健性。

以往數(shù)據(jù)存儲用傳統(tǒng)媒體的介質(zhì)，如U盤、硬盤等，讀取、輸入是有損耗的，長此以往整個介質(zhì)會衰退，十年左右就要進行一次更新。但DNA存儲技術(shù)具有可復制的特性，能將大量數(shù)據(jù)永續(xù)做存儲。

那在這個信息更替如此訊速的時代，有什么數(shù)據(jù)需要我們儲存這么長的時間呢？

在這里需要提到一個詞叫做“冷數(shù)據(jù)”。

冷數(shù)據(jù)包括檔案館資料、備份數(shù)據(jù)和監(jiān)控視頻等，這些數(shù)據(jù)的特點在于數(shù)據(jù)量大且使用率較低，但在必要時刻可發(fā)揮重要作用。而這些數(shù)據(jù)占據(jù)了存儲空間的很大一部分，造成了大量的損耗。

DNA存儲技術(shù)就在“冷數(shù)據(jù)”的儲存上發(fā)揮它最大的作用。它能夠在接近零能耗的情況下將數(shù)據(jù)保存百萬年的時間，為未來國家戰(zhàn)略儲備物資帶來了極大的保障。

石維磊：DNA存儲技術(shù)對目前比較成熟的存儲技術(shù)，以及半導體技術(shù)為主的存儲技術(shù)，比如芯片、U盤、云存儲等，是完全的替代品，還是互補品？

樊春海：從我們現(xiàn)在情況來看，DNA存儲技術(shù)還無法完全替代現(xiàn)有儲存技術(shù)，它目前的應用方向還是解決冷數(shù)據(jù)的存儲問題，熱數(shù)據(jù)依舊使用傳統(tǒng)的存儲機制。

因為存儲器需要做到的不僅僅是存儲，還有輸出，而現(xiàn)有存儲模式的產(chǎn)出速度，是現(xiàn)在DNA還達不到的。

但DNA存儲未來也是有可能在某種程度上滿足熱數(shù)據(jù)存儲需求，到時候?qū)纬蓪ΜF(xiàn)有技術(shù)的顛覆局面。

石維磊：DNA存儲目前不能大批量產(chǎn)業(yè)化，是因為提取成本高昂，還是存儲解碼過程需要大型工具，它的技術(shù)爬升瓶頸壁壘在哪里？

樊春海：實際上現(xiàn)在最大的問題就在于DNA合成。

原來的DNA合成產(chǎn)業(yè)做的都是微量的合成，現(xiàn)在不僅要做宏量和高通量合成，并且要求成本低，所以這里面的技術(shù)就需要革新。但是像這樣一種革命性技術(shù)，它與尋常增長性技術(shù)的發(fā)展模式是完全不一樣的，是非線性的。

我國各院校、機構(gòu)、企業(yè)正在合力成立中國自己的DNA存儲技術(shù)聯(lián)盟，國家也在推動這項技術(shù)的研究。相信這種在市場驅(qū)動下的技術(shù)，其發(fā)展會突飛猛進，市場對科學的驅(qū)動力是超乎大家想象的。

石維磊：用邁克爾?波特的“五力分析模型”來看，如果把DNA存儲技術(shù)看成一個行業(yè)的話，賣方和買方大致是哪些企業(yè)？

樊春海：從我的理解來看，目前這個行業(yè)是有特殊性的，主要處理的是老百姓不太接觸得到的“冷數(shù)據(jù)”，所以從行業(yè)的角度來講，DNA存儲的買方主要是跟大數(shù)據(jù)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，它對于大企業(yè)是具有戰(zhàn)略意義的技術(shù)。

從技術(shù)來講，因為現(xiàn)在DNA存儲技術(shù)的整合系統(tǒng)集成還沒有完全完成，所以上游的DNA合成，和下游的DNA測序都需要交給不同的企業(yè)去做。所以目前像微軟這樣的企業(yè)，自己既是買方，又是賣方。

石維磊：那么從產(chǎn)業(yè)投資角度，DNA存儲技術(shù)的未來如何？

樊春海：從上世紀50年代到2010年，可以說各個國家都沒有重大的實質(zhì)性進展，微軟研究院作為DNA數(shù)據(jù)存儲的最早入局者，2015年開始相關(guān)研究，2019年才有重大研發(fā)進展，建成了一個全自動系統(tǒng)來編碼、解碼DNA的數(shù)據(jù)中心。

信息技術(shù)研究和分析的公司Gartner也預測在2024年會有30%的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可能用DNA存儲來做。

所以從產(chǎn)業(yè)投資角度來看，這個融合了生物技術(shù)和信息技術(shù)這兩大二十一世紀的支柱性產(chǎn)業(yè)的DNA存儲，投資機會大，具體有三個維度可以展開。

首先，數(shù)字時代到來，未來數(shù)據(jù)存儲存有萬億級別的市場需求。

2013年，全世界的數(shù)據(jù)只有4.4個ZB，2020年達到44個ZB，光存儲44個ZB就需要三峽大壩發(fā)電量；到2025年，需要儲存的數(shù)據(jù)將會達到1750萬億億個字節(jié)。

第二，現(xiàn)有的硅基存儲技術(shù)無法滿足未來數(shù)據(jù)增長速度，痛點需要被解決。

現(xiàn)有存儲架構(gòu)難以滿足數(shù)據(jù)的爆發(fā)式增長，不利于實現(xiàn)“碳中和”目標。如今，數(shù)據(jù)存儲領(lǐng)域亟需一場“綠色革命”——通過低能耗、高運行效率、高資源利用率、高安全性的方式實現(xiàn)存儲技術(shù)革新。

第三，經(jīng)億萬年自然進化，DNA存儲的穩(wěn)定性、可靠性及高密度性已得到充分驗證，具備較大的未來投資潛力。

石維磊：DNA存儲技術(shù)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型領(lǐng)域中有哪些應用？

樊春海：我覺得這種革命性的技術(shù)往往帶來的是一些不可預期的，或超越我們一般想象的變革，不管是對數(shù)字化經(jīng)濟，還是對其它，可能帶來的就不是我們原來想的信息里可以預計的，它是一個非線性的過程。

丁春春：作為一種技術(shù)手段，在數(shù)字化研究領(lǐng)域肯定有非常廣泛的應用，另外，DNA除了存儲，還會有運算功能。

我理解它是未來有可能取代集成電路的，數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)就是集成電路，而DNA技術(shù)是一種生物性的集成電路，相當于是我們高樓大廈的磚，磚的改變，會導致大樓結(jié)構(gòu)化的改變，即儲量更大、運算更快，更先進。

作為一片藍海市場，DNA存儲吸引了一批初創(chuàng)企業(yè)以及大企業(yè)投身于此，在不久的將來，DNA數(shù)據(jù)存儲可能會成為繼基因測序、核酸檢測之后的第三個DNA革命性技術(shù)，開啟數(shù)據(jù)存儲的新時代。