Molecular Memory Architect Simulator

這是什麼？

🎯 模擬器提示

📚 術語表

DNA Data Storage

將數位資訊（二進位資料）編碼為四種 DNA 核苷酸鹼基（A、T、G、C）序列的過程，用於長期、超密集的資料存檔。

DNA Fountain

Yaniv Erlich 和 Dina Zielinski (2017) 開發的一種編碼方法，接近 DNA 的理論最大訊息容量（每個核苷酸 1.98 位元）。

Oligonucleotide

一條短的合成 DNA 鏈，通常長 100-200 個核苷酸，用作 DNA 儲存系統中資料儲存的基本單位。

DNA Synthesis

從單一核苷酸建立 DNA 鏈的化學或酶過程； DNA 資料儲存中的「寫入」操作。

DNA Sequencing

讀取 DNA 鏈中核苷酸順序的過程； DNA 資料儲存中的「讀取」操作，使用 Illumina 或奈米孔定序等技術。

Error-Correcting Code

將數學演算法（如 Reed-Solomon 或噴泉碼）添加到 DNA 儲存的資料中，以檢測和修正在合成、儲存或定序過程中引入的錯誤。

Silica Encapsulation

蘇黎世聯邦理工學院的羅伯特·格拉斯 (Robert Grass) 開發了一種保存方法，將 DNA 密封在奈米二氧化矽珠內，使數據能夠保存數千年。

DNA-of-Things (DoT)

Erlich 和 Grass (2019) 提出的儲存架構，可將 DNA 資料嵌入實體物件中，例如包含自己數位藍圖的 3D 列印兔子。

Random Access

使用 PCR 引子作為“檔案位址”，能夠從 DNA 儲存系統檢索特定數據，而無需讀取所有儲存的數據。

Homopolymer Run

相同的連續 DNA 鹼基序列（例如 AAAA）會增加合成和定序錯誤，需要編碼限制。

GC Content

DNA 序列中鳥嘌呤 (G) 和胞嘧啶 (C) 鹼基的比例；最佳儲存需要平衡的 GC 含量（約 50%）以確保穩定性。

Information Density

每單位實體空間可儲存的資料量； DNA 的密度約為每立方毫米 10^17 位元組，比快閃記憶體密度高出數百萬倍。

Enzymatic Synthesis

一種使用酵素代替化學品的新型 DNA 合成方法，對於資料儲存應用來說可能更快、更便宜。

🏆 關鍵人物

George M. Church (2012)

哈佛大學遺傳學家透過將 650 KB 的書籍編碼為合成 DNA 展示了第一個高容量 DNA 數據存儲，大規模證明了這一概念

Yaniv Erlich (2017-2019)

開發 DNA Fountain，實現接近理論最大的儲存密度 1.98 位元/核苷酸，並共同發明了用於將資料嵌入物理物件的 DNA-of-Things (DoT)

Dina Zielinski (2017)

與紐約基因組中心共同開發DNA Fountain編碼方法，將作業系統、電影等文件完美儲存在DNA中

Robert N. Grass (2015-2019)

在蘇黎世聯邦理工學院開發了二氧化矽封裝，用於將 DNA 數據保存數千年，並與 Erlich 共同發明了事物 DNA

Nick Goldman (2013)

領導 EMBL-EBI 團隊，使用具有冗餘的三元編碼方案對 DNA 中的 739 KB 資料進行編碼，發表在《自然》雜誌上（2013 年）

Richard Feynman (1959)

在 1959 年著名的演講「There’s Plenty of Room at the Bottom」中首次提出了使用分子進行資料儲存的想法

Luis Ceze & Karin Strauss (2018)

領導微軟與華盛頓大學在隨機存取 DNA 儲存和自動化端對端 DNA 資料儲存系統的合作

🎓 學習資源

DNA Fountain enables a robust and efficient storage architecture
2017 年 Science 論文展示了近乎最佳的 DNA 儲存密度和完美的資料恢復
Next-generation digital information storage in DNA
2012 年《科學》雜誌上的開創性論文開創了現代 DNA 資料儲存的先河
DNA Data Storage Alliance
產業聯盟推進 DNA 儲存標準與商業化
Columbia Magazine - The Future of Data Storage
埃利希和齊林斯基突破性工作的無障礙概述

💬 給學習者的話

地球上的每個活細胞都已經使用了分子記憶——DNA 在比針頭還小的空間中儲存了建構和運行人體的完整指令。分子記憶研究的非凡之處在於，科學家現在正在為我們的數位世界重新利用大自然自己的儲存媒體。一克 DNA 就可以取代整個資料中心。雖然我們仍在努力使其速度足夠快、價格足夠適合日常使用，但根本性的突破已經取得：我們知道如何使用相同的分子來寫入、存儲和完美地讀回數字數據，該分子已經可靠地保存了 38 億年的生命故事。