200kg记录全世界，这项技术值得关注

作者：张馨予

原创 CKGSB 长江商学院“数据已丢失”
“您访问的页面已过期”
“您查找的信息已被覆盖”
“您的内存已不足，请及时清理”
在数字化时代，大众倚赖数据生活、企业依靠数据运行、国家更将数据作为未来的战略资源储备。当数据爆炸性增长，我们依赖的基于硅材料的计算机存储方式，从人力、物力包括能源角度都已经难以应对。信息存储产业处于变革中心的当下，DNA存储应运而生，成为了行业前进的方向之一。
关于DNA，我们并不陌生，它作为“生命的密码”，已经成为了我们最熟知的科学名词之一。基因技术也一直在探索不同的领域，通过前沿的研究促进着人类社会的发展。三年前，DNA基因编辑技术引起了社会上热烈的讨论；基因技术中的“核酸检测”也成为了“抗疫战争”中的一等功臣。在学科交叉、融合成为主流的今天，DNA与信息技术相结合又产生了新的突破——DNA数据存储技术。
在长江，我们相信学习平台必须是跨界、跨学科的。面向未来的企业家学习必须超越经济和管理的范畴，而前沿技术与创新正是其中的重要领域。
DNA数据存储技术是什么？在数字化浪潮席卷而来之际，DNA数据存储技术应用前景如何？它又将给我们的生活带来什么新的改变？
长江商学院战略管理实践教授石维磊教授，中国科学院院士、上海交通大学王宽诚讲席教授、化学化工学院院长樊春海院士，上海交大中国金融研究院金融法制中心副主任丁春春博士近日就这些话题在长江大讲堂上进行了对话。
教授荐读石维磊
长江商学院战略管理实践教授
全球顶级期刊
Journal of Management Studies（FT 50）副主编
最好的创新，永远在边界上，而不是边界内。
21世纪不仅仅是生命科学的世纪，也不仅仅是信息科学的世纪，而是两者交叉融合的新时代。信息技术（IT）与生物技术（BT）的交融是学科交叉、技术变革和产业转化的应许之地。
无论是政府、科学界还是企业界，交叉学科都是一个备受关注的主题。而DNA存储作为IT-BT交融的技术在未来是一个很有前景的赛道。
DNA存储具有非常大的战略意义。近年来大数据和人工智能技术的兴起，导致我们对海量数据存储的需求呈现爆炸般的增长。
在这样的情况下，从2017年到现在整个驱动存储器价格大幅上涨，不仅成为集成电路领域销售额最大的产品类别，更刺激了全球半导体市场急速扩张。
在过去短短十几年内，主流存储介质需求量远远超过了供给量。而传统的存储介质的工艺高度依赖精密的外部加工设备自顶向下制备，但DNA存储技术不一样，因为它和传统工艺正好相反，是自然进化产生的自底向上的生命信息系统，意味着它对外部加工设备的依赖性极大地降低。从战略层面来看这项技术的意义非常重大。
科学进步往往能开启新的蓝海市场，当前市场规模巨大的核酸检测行业就是DNA存储的上游技术DNA合成的产业应用之一，而其下游的DNA输出技术则催生了现在蓬勃发展的基因测序产业。DNA存储已经诞生，预知变化、助推变化、取势变化才能占尽先机，赢得优势。
对话精编：
石维磊：在我们的生活中，DNA是经常被提及的一个专业词汇，那从科学角度，它具有什么样的特性，与信息技术结合，将产生什么样的突破点？
樊春海：首先我们从DNA的化学结构上看，它之所以形成双螺旋的分子结构，和它的组成成分ATGC四种化学单元是有关系的。
在DNA结构里，A和T配对，G和C配对，两条配对的DNA链可以像拉链一样形成双链，并进一步扭曲成双螺旋结构。
从生物技术角度来看，DNA的ATGC结构，将ATGC四个字母看成四进制，就能洞悉从病毒、细菌到植物、动物、人类的编码，了解多姿多彩的世界背后的信息。
通过DNA，我们不仅可以测现在的人，还可以测古人，测我们的祖先，测古生物，现在的技术已经强大到了可以测几十万年前甚至一百万年前的古生物。
所以，既然DNA可以储存生命信息，那么为什么不能储存数据信息呢？
20世纪80年代，当科学家都在研究DNA的生物学功能的时候，美国纽约大学希曼教授首先提出将DNA的双螺旋结构进行拼接和搭建。
DNA是需要使用原子力显微镜才能观察到的纳米尺度的物质，但同时也是可以被操控的分子材料，可以变成真正意义上的宏观尺度的材料。
DNA存储技术在上个世纪八十年代被第一次提出来，发明了全自动的化学合成仪，信息可以程序化储存在自动化学合成的DNA片段中；
2012年，哈佛大学发表一篇文章，表示可以用DNA来存储一本书；
截止到今天，因为DNA存储存储密度高、稳健性强两个非常重要的特性，一些特种应用已经可以将部分数据交给DNA储存。
DNA代替传统数据存储介质，已经是可以看到的未来。
石维磊：刚才您提到DNA的两个重要特性，这两个特性为存储技术带来了怎样的突破？
樊春海：DNA存储作为一个亿万年自然进化选择出来的碳基生命遗传密码的存储介质，具有两个非常重要的特性，这两个特性是目前我们存储介质所缺少的。
第一个特性是具有极高的存储密度。
原来的存储需要一个很大的体积，但因为DNA具有极高的存储密度，意味着我们不需要很大的体积就可以把这个信息保存下来。
第二个特性是稳健性。
以往数据存储用传统媒体的介质，如U盘、硬盘等，读取、输入是有损耗的，长此以往整个介质会衰退，十年左右就要进行一次更新。但DNA存储技术具有可复制的特性，能将大量数据永续做存储。
那在这个信息更替如此讯速的时代，有什么数据需要我们储存这么长的时间呢？
在这里需要提到一个词叫做“冷数据”。
冷数据包括档案馆资料、备份数据和监控视频等，这些数据的特点在于数据量大且使用率较低，但在必要时刻可发挥重要作用。而这些数据占据了存储空间的很大一部分，造成了大量的损耗。
DNA存储技术就在“冷数据”的储存上发挥它最大的作用。它能够在接近零能耗的情况下将数据保存百万年的时间，为未来国家战略储备物资带来了极大的保障。
石维磊：DNA存储技术对目前比较成熟的存储技术，以及半导体技术为主的存储技术，比如芯片、U盘、云存储等，是完全的替代品，还是互补品？
樊春海：从我们现在情况来看，DNA存储技术还无法完全替代现有储存技术，它目前的应用方向还是解决冷数据的存储问题，热数据依旧使用传统的存储机制。
因为存储器需要做到的不仅仅是存储，还有输出，而现有存储模式的产出速度，是现在DNA还达不到的。
但DNA存储未来也是有可能在某种程度上满足热数据存储需求，到时候将会形成对现有技术的颠覆局面。
石维磊：DNA存储目前不能大批量产业化，是因为提取成本高昂，还是存储解码过程需要大型工具，它的技术爬升瓶颈壁垒在哪里？
樊春海：实际上现在最大的问题就在于DNA合成。
原来的DNA合成产业做的都是微量的合成，现在不仅要做宏量和高通量合成，并且要求成本低，所以这里面的技术就需要革新。但是像这样一种革命性技术，它与寻常增长性技术的发展模式是完全不一样的，是非线性的。
我国各院校、机构、企业正在合力成立中国自己的DNA存储技术联盟，国家也在推动这项技术的研究。相信这种在市场驱动下的技术，其发展会突飞猛进，市场对科学的驱动力是超乎大家想象的。
石维磊：用迈克尔•波特的“五力分析模型”来看，如果把DNA存储技术看成一个行业的话，卖方和买方大致是哪些企业？
樊春海：从我的理解来看，目前这个行业是有特殊性的，主要处理的是老百姓不太接触得到的“冷数据”，所以从行业的角度来讲，DNA存储的买方主要是跟大数据相关的产业，它对于大企业是具有战略意义的技术。
从技术来讲，因为现在DNA存储技术的整合系统集成还没有完全完成，所以上游的DNA合成，和下游的DNA测序都需要交给不同的企业去做。所以目前像微软这样的企业，自己既是买方，又是卖方。
石维磊：那么从产业投资角度，DNA存储技术的未来如何？
樊春海：从上世纪50年代到2010年，可以说各个国家都没有重大的实质性进展，微软研究院作为DNA数据存储的最早入局者，2015年开始相关研究，2019年才有重大研发进展，建成了一个全自动系统来编码、解码DNA的数据中心。
信息技术研究和分析的公司Gartner也预测在2024年会有30%的数据业务可能用DNA存储来做。
所以从产业投资角度来看，这个融合了生物技术和信息技术这两大二十一世纪的支柱性产业的DNA存储，投资机会大，具体有三个维度可以展开。
首先，数字时代到来，未来数据存储存有万亿级别的市场需求。
2013年，全世界的数据只有4.4个ZB，2020年达到44个ZB，光存储44个ZB就需要三峡大坝发电量；到2025年，需要储存的数据将会达到1750万亿亿个字节。
第二，现有的硅基存储技术无法满足未来数据增长速度，痛点需要被解决。
现有存储架构难以满足数据的爆发式增长，不利于实现“碳中和”目标。如今，数据存储领域亟需一场“绿色革命”——通过低能耗、高运行效率、高资源利用率、高安全性的方式实现存储技术革新。
第三，经亿万年自然进化，DNA存储的稳定性、可靠性及高密度性已得到充分验证，具备较大的未来投资潜力。
石维磊：DNA存储技术在数字化转型领域中有哪些应用？
樊春海：我觉得这种革命性的技术往往带来的是一些不可预期的，或超越我们一般想象的变革，不管是对数字化经济，还是对其它，可能带来的就不是我们原来想的信息里可以预计的，它是一个非线性的过程。
丁春春：作为一种技术手段，在数字化研究领域肯定有非常广泛的应用，另外，DNA除了存储，还会有运算功能。
我理解它是未来有可能取代集成电路的，数字化转型的基础就是集成电路，而DNA技术是一种生物性的集成电路，相当于是我们高楼大厦的砖，砖的改变，会导致大楼结构化的改变，即储量更大、运算更快，更先进。
作为一片蓝海市场，DNA存储吸引了一批初创企业以及大企业投身于此，在不久的将来，DNA数据存储可能会成为继基因测序、核酸检测之后的第三个DNA革命性技术，开启数据存储的新时代。
文中图片来自图虫创意，转载需获授权。
end
原标题：《200kg记录全世界，这项技术值得关注》