ДНК как носитель информации обладает колоссальным теоретическим потенциалом: ёмкость хранения может достигать 215–455 петабайт на один грамм материала, в зависимости от способа кодирования. Это многократно превосходит любые существующие системы хранения по плотности, долговечности и энергоэффективности.
Исследователи из Южно-Китайского университета науки и технологий в Шэньчжэне сделали важный шаг к реализации этого потенциала. Они разработали прототип ДНК-кассеты, способный хранить до 36 петабайт данных на одной ленте. Такая ёмкость позволяет, например, сохранить все когда-либо записанные песни в одном устройстве — объём, сопоставимый с миллионами стандартных аудиокассет.
Прототип кассеты изготовлен из полиэстер-нейлонового сплава и оснащен уникальными штрих-кодовыми узорами. Эти узоры сегментируют ленту на миллионы мелких участков, которые функционируют подобно компьютерным папкам для упрощения точного поиска данных. Процесс хранения включает преобразование цифровой информации в последовательность ДНК, где четыре основные основания — аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T) — кодируются аналогично двоичной системе. Для защиты ДНК-связей от деградации лента покрыта кристаллическим слоем.
Эта инновация возникает на фоне критической проблемы энергопотребления центрами обработки данных. По данным исследования Массачусетского технологического института (MIT) за 2023 год, центры обработки данных потребляли 4,4% всей электроэнергии в США, и этот показатель растет с развитием искусственного интеллекта. Прогнозируется, что к 2028 году потребление энергии центрами обработки данных может удвоиться или утроиться, достигнув 12% от общего энергопотребления США. В глобальном масштабе потребление энергии центрами обработки данных в 2022 году оценивалось в 240–340 ТВт·ч, что составляет около 1–1,3% мирового спроса на электроэнергию. Такая ситуация делает поиск более энергоэффективных и компактных решений для хранения данных крайне актуальным.
Демонстрационный эксперимент, в ходе которого цифровое изображение было закодировано в ДНК и затем успешно извлечено из кассеты, подтвердил жизнеспособность технологии. В случае коммерциализации ДНК-кассеты могут кардинально изменить сферу хранения данных, предложив масштабируемое и устойчивое решение для центров обработки данных, сталкивающихся с ограничениями пространства и энергии. ДНК обладает исключительной долговечностью, способной сохранять данные на протяжении тысячелетий, что значительно превосходит срок службы традиционных носителей, таких как магнитные ленты, заявленный срок хранения которых составляет 15–30 лет.
Хотя текущие ограничения, такие как высокая стоимость и низкая скорость чтения/записи, остаются существенными, постоянные достижения в области синтеза и секвенирования ДНК способствуют снижению затрат и повышению практичности этой технологии. По оценкам, стоимость синтеза ДНК может снизиться до 0,0001 доллара за основание при промышленных масштабах, что потенциально снизит стоимость архивного хранения до 1 доллара за терабайт. По состоянию на сентябрь 2025 года технологии хранения данных на основе ДНК находятся на стадии концептуальных доказательств, и реализуется несколько пилотных проектов.
ДНК-кассеты представляют собой многообещающее направление в решении глобальной проблемы хранения данных, предлагая компактное, долговечное и энергоэффективное решение. Дальнейшие исследования и разработки, как ожидается, проложат путь к тому, чтобы хранение данных на основе ДНК стало широко распространенной реальностью, способствуя более устойчивому и эффективному будущему цифровой информации.