大數(shù)據(jù)時(shí)代全球數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級(jí)增長，海量數(shù)據(jù)是AI解鎖大模型的鑰匙。但目前的硬盤、磁帶、U盤等硅基存儲(chǔ)介質(zhì)存在壽命短（最長30年）、能耗高、占用空間大等問題，已無法滿足日益增長的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求。預(yù)計(jì)到2028年，全球年產(chǎn)數(shù)據(jù)量將達(dá)380 ZB，其中80%為冷數(shù)據(jù)，應(yīng)用目前存儲(chǔ)技術(shù)只有不到1%的數(shù)據(jù)可被保存，發(fā)展新型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)勢(shì)在必行。

DNA作為天然的數(shù)據(jù)信息編碼存儲(chǔ)材料（A-T-C-G四進(jìn)制編碼），因其高密度（為現(xiàn)有存儲(chǔ)介質(zhì)的107倍）、長壽命（低溫下可穩(wěn)定保存長達(dá)數(shù)千萬年）、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，成為一種極具潛力的解決大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)困境的替代方案。但是，目前絕大多數(shù)DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)采用類似“雕版印刷”的設(shè)計(jì)策略，存儲(chǔ)用DNA使用一次，合成一次，合成成本高，耗時(shí)長，極大限制了DNA 存儲(chǔ)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

為了突破現(xiàn)有DNA 存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用瓶頸，國家生物信息中心應(yīng)用發(fā)展部陳非研究團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所處理器全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室譚光明、卜東波團(tuán)隊(duì)、中科計(jì)算技術(shù)西部研究院段勃團(tuán)隊(duì)合作，借鑒我國古代四大發(fā)明之“活字印刷術(shù)”邏輯，創(chuàng)新提出了一種經(jīng)濟(jì)高效的“DNA活字存儲(chǔ)”設(shè)計(jì)思路，其核心是“DNA活字”，它由預(yù)制的20 nt短雙鏈DNA片段構(gòu)成，可編碼1字節(jié)的內(nèi)容、地址或校驗(yàn)數(shù)據(jù)信息，每個(gè)片段兩端帶有4 nt的粘性末端，通過一步多級(jí)酶連技術(shù)形成DNA活字塊，最終，這些活字塊可通過活字塊兩端的限制性酶切位點(diǎn)克隆到質(zhì)粒中直接體外保存，其亦可通過轉(zhuǎn)化大腸桿菌體內(nèi)保存。為了實(shí)現(xiàn)DNA活字存儲(chǔ)流程的自動(dòng)化，團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一款可實(shí)現(xiàn)DNA活字高通量打印寫入的設(shè)備——DNA活字噴墨打印機(jī)“畢昇一號(hào)”，成功打印存儲(chǔ)并100%精準(zhǔn)解碼了文本、圖片、音頻和視頻等多種類型的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件。

類似于活字印刷的復(fù)用性和靈活性，目前的 DNA活字存儲(chǔ)技術(shù)展現(xiàn)出顯著的成本和效率優(yōu)勢(shì)。經(jīng)研究團(tuán)隊(duì)估算，目前初代系統(tǒng)一個(gè)DNA活字可打印10000次，存儲(chǔ)成本可降至122美元/MB，低于目前所有報(bào)道的DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)；初代系統(tǒng)的打印效率約為4字節(jié)/秒，用時(shí)遠(yuǎn)低于目前的從頭合成的DNA存儲(chǔ)技術(shù)；這不僅展現(xiàn)了該技術(shù)未來商業(yè)化與產(chǎn)業(yè)化的巨大潛力，也為DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的未來發(fā)展提供了全新的思考范式。

上述研究成果以標(biāo)題為“Cost-Effective DNA Storage System with DNA Movable Type”的封面文章形式發(fā)表在《先進(jìn)科學(xué)》 （Advanced Science）上，國家生物信息中心陳非研究員、中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所譚光明、卜東波研究員以及西部高等技術(shù)研究院段勃研究員為文章的共同通訊作者。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

DNA活字存儲(chǔ)流程圖