DNA存储，从“雕版印刷”走向“活字印刷”
海量数据是构建人工智能大模型的基础，目前全球数据量呈指数级增长。硬盘、磁带、U盘等硅基存储介质，存在寿命短、能耗高、占用空间大等问题，无法满足日益增长的数据存储需求。怎么办？这就要发展新型数据存储技术。
DNA是天然的数据信息编码存储材料。它的密度高，是现有存储介质的107倍；寿命长，低温下可稳定保存数千万年；能耗低，是解决大数据存储困境的“优解”。
目前，绝大多数DNA存储技术采用类似“雕版印刷”的设计策略，主要思路是“读”（直接测序）和“写”（依序合成）。具体而言，是根据一定的编码映射原则，将0—1二进制计算机数据文件编码转换为A—T—C—G四进制DNA编码，并进一步合成写入DNA，进行存储；当需要时，这些存储数据的DNA“文件夹”可以利用高通量测序等手段解码。不过，如同“雕版印刷”的使用，这种DNA存储是一次性的，使用一次、合成一次，成本高、时间长。
受我国古代“活字印刷术”启发，科研人员提出“DNA活字存储”设计思路。“DNA活字”由预制的DNA片段构成，可编码1字节的信息。根据需要打印的文件内容，我们可以自由调用“DNA活字”，按需组合，再通过一步多级连接形成“DNA活字块”，最终构成完整的DNA存储文件。
打印过程如何实现呢？科研人员开发了“DNA活字”喷墨打印及印刷一体机“毕昇一号”，实现“DNA活字”存储流程的自动化。“毕昇一号”装配了数百个预制的“DNA活字”溶液，可根据排版打印的文件需求，按照电脑程序指令自动选择所需的“活字”，并全自动组装连接成“DNA活字块”。
“DNA活字存储”拥有类似于活字印刷的复用性和灵活性，展现出明显的成本和效率优势。科研人员测算，“毕昇一号”装配的一个“DNA活字”可打印1万次，存储成本大幅降低。借助古人的智慧和现代科研人员的努力，“DNA活字存储”也将为大数据时代的海量存储需求提供一种新的解决思路。
（作者为中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心）研究员）
作者：陈 非
来源：人民日报