ADN, vidrio grabado con láser y más allá: un vistazo al futuro del almacenamiento de datos
Para la mayoría de nosotros, el almacenamiento de datos solo se ha vuelto más fácil. En lugar de perder el tiempo con los discos duros de las computadoras con almacenamiento limitado, disquetes y CD o DVD regrabables, hoy simplemente presionamos "guardar" en el archivo en el que estamos trabajando y lo dejamos en la nube. Es un enfoque sencillo para el almacenamiento de datos que no solo significa que no nos quedamos sin espacio, sino que también podemos acceder a nuestros archivos donde quiera que vayamos. ¿Qué no se podría amar?
Bueno, resulta que hay bastante. Por un lado, nos estamos quedando sin espacio de almacenamiento. Literalmente. Con los 3.700 millones de personas que actualmente usan Internet que generan alrededor de 2.5 quintillones de bytes de datos cada día, se necesitan más y más centros de datos para mantenerse al día con la demanda. Para 2025, el mundo está en camino de generar 160 zettabytes de datos por año. Eso es más bytes que estrellas en el universo observable. Si no cubrimos cada centímetro cuadrado de tierra con centros de datos, no podremos seguir el ritmo de este tipo de aumento. Esto significa descartar datos que podrían ser invaluables, en algunos casos antes de que necesariamente sepamos si realmente lo son o no.
"Si nos fijamos en grandes instituciones como el CERN, que ejecuta el Gran Colisionador de Hadrones , genera petabytes de datos cada segundo que la máquina está funcionando", dijo a Digital Trends Nick Gold, vicepresidente de marketing de la compañía de datos Catálogo . “Pero no hay forma de almacenar petabytes por segundo, por lo que tienen que tirar más del 90% de los datos que generan. Les encantaría quedarse con todo eso si hubiera una manera de conservarlo ”.
También hay un factor ambiental en el trabajo. Según un informe , el 17% de la huella de carbono total causado por la tecnología se debe a los centros de datos. Un centro de datos único actual puede consumir más energía que una ciudad de tamaño mediano. Si bien las compañías como Apple han tomado medidas para compensar esto al adoptar fuentes de energía más sostenibles, todavía hay razones para buscar una mejor alternativa.
Afortunadamente, eso es exactamente en lo que están trabajando algunos investigadores inteligentes de todo el mundo. Están ocupados soñando (y, lo que es más importante, mostrando) algunas impresionantes tecnologías de almacenamiento de próxima generación que podrían resolver el problema de datos del mundo en los próximos años. Y de una vez por todas, también.
Bienvenido al mundo del almacenamiento de ADN.
La idea de almacenar datos en el ADN suena positivamente futurista. De alguna manera, es todo lo contrario. Mucho tiempo antes de que existieran las computadoras (junto con los humanos necesarios para inventarlas), la naturaleza había descubierto cómo almacenar enormes cantidades de información en forma de ADN, los componentes básicos de la vida tal como la conocemos. Ahora, algunos investigadores están adoptando la idea de crear secuencias genéticas artificiales que utilizan los cuatro pares de bases de ADN – A, C, G y T – para representar bits binarios de información.
Hace varios años, investigadores de la Universidad de Ljubljana en Eslovenia demostraron que era posible codificar piezas de código de computadora en el ADN de las plantas de tabaco. Crearon un programa de computadora simple y luego lo unieron en la composición genética de una planta de tabaco; en esencia, clonarlo con el programa de computadora aún dentro. Al extraer el ADN de la planta y secuenciarlo, apareció el mensaje "Hola Mundo" en la pantalla de una computadora.
Desde entonces, un equipo de la Universidad de Harvard utilizó la tecnología de edición de genes CRISPR para almacenar un video en forma de ADN bacteriano . El video, que se parecía más a un GIF de baja resolución que el tipo de video de alta resolución que la mayoría de nosotros estamos acostumbrados a ver hoy, sin embargo, representó un avance significativo. "Queríamos probar si el sistema CRISPR-Cas en bacterias podía usarse para capturar información compleja con un componente de tiempo en bacterias vivas", dijo a Digital Trends el Dr. Seth Shipman , neurocientífico de Harvard que dirigió el experimento.
En 2017, Shipman me dijo que no había aplicaciones prácticas inmediatas para el trabajo. "Pero con suerte en el horizonte cercano", agregó.
Ese "horizonte cercano" puede ser ahora. Durante los últimos años, la compañía pionera Catalog ha estado trabajando para comercializar el almacenamiento de ADN. Su argumento es que pronto sería posible almacenar la totalidad de los datos del mundo en un espacio del tamaño de un armario para abrigos. Eso es gracias a su enfoque en el que los datos se codifican en un polímero sintético (en lugar de algo vivo, como una planta). Este verano, la startup anunció que había logrado comprimir los 16 GB de Wikipedia en inglés en un pequeño vial de este material.
Eso tampoco es lo único que lo hace emocionante. "El almacenamiento simple de datos no es necesariamente todo lo que podemos hacer con el ADN", dijo CJ Huntzinger, director de comunicaciones de Catalog. “No es necesariamente la parte más atractiva de toda esta plataforma. Estamos viendo una oportunidad mucho mayor en la computación, y cosas que pueden generar aún más valor para la humanidad que simplemente poder almacenar datos en un volumen muy pequeño ”.
Esto incluye avances en la capacidad de filtrar datos basados en el ADN. "Cuando ponemos información en estas moléculas de ADN, hemos desarrollado el marco teórico sobre cómo manipularíamos esas moléculas para llevar a cabo la computación básica y desarrollar una función compleja", continuó Huntzinger. “Nuestro objetivo en el futuro cercano es tener un sistema informático universal donde
podamos traducir cualquier tipo de lógica y función booleana en un conjunto de instrucciones moleculares, para que no tengamos que extraer información de las moléculas de ADN a un medio digital antes de calcular sobre ellos ".
A medida que esta tecnología continúa avanzando, ofrece un gran potencial no solo en el almacenamiento, sino también en la capacidad de llevar a cabo cosas como el reconocimiento de patrones a través de petabytes (mil millones de millones) o incluso exabytes (un quintillón de bytes) de datos.
El almacenamiento se enfría
Investigadores de la Universidad de Manchester en el Reino Unido (la misma universidad detrás del grafeno de material maravilloso ) también han desarrollado una impresionante tecnología de almacenamiento de próxima generación. Han creado moléculas que algún día podrían almacenar cientos de veces más datos que los discos duros actuales en un factor de forma significativamente más pequeño. El truco: debe mantenerse increíblemente frío para que funcione. Sin embargo, si bien los centros de datos requerirían tecnología de sobreenfriamiento para usarlo, también podrían reducir significativamente su huella; cada vez más barato, más eficiente en energía y menos dañino para el medio ambiente.
"Estamos interesados en hacer moléculas que puedan almacenar información magnética", dijo a Digital Trends el Dr. Nicholas Chilton , profesor titular e investigador de la Royal Society University en el Departamento de Química de la Universidad de Manchester. “Esto podría conducir a una tecnología muy útil si funciona porque las moléculas son muy, muy pequeñas; mucho más pequeño que los materiales magnéticos existentes que se utilizan para almacenar información. Con el uso de imanes de una sola molécula, podríamos crear medios de almacenamiento de datos que sean 100 veces más densos que las tecnologías actuales, como los HDD y los SSD, que enfrentan sus propias limitaciones para la densidad de datos ".
Los imanes de una sola molécula se pueden "escribir" debido a su capacidad para recordar la dirección de un campo magnético aplicado durante períodos de tiempo relativamente largos después de que el campo magnético se haya apagado. En 2017, el Dr. David Mills, colega de Chilton y Manchester, preparó y estudió la primera molécula de "disprosocenio" : un ion disprosio intercalado entre dos anillos de carbono de cinco miembros. Desde entonces, otros dos grupos de la universidad se han basado en este trabajo preparando moléculas adicionales de disprosocenio, siguiendo los diseños establecidos por Chilton y Mills. Este mes, se publicó un nuevo documento que describe el trabajo.
"El resultado reciente publicado en Science muestra una memoria magnética de hasta 80 Kelvin, que es un hito importante, ya que está por encima de la temperatura del nitrógeno líquido, que es un recurso barato y abundante, a diferencia del helio líquido ”, explicó Chilton. “Sin embargo, esto aún no significa que el almacenamiento de datos a temperaturas de nitrógeno líquido sea práctico en las moléculas. El período de tiempo durante el cual los datos pueden almacenarse a 80 K es del orden de segundos, y necesitamos que esté en la escala de años para aplicaciones prácticas ".
A la vanguardia de esta investigación, Chilton y Mills están experimentando con el reemplazo de carbono en los anillos para el fósforo del elemento más pesado. Si bien su primer resultado no es una mejora con respecto a los anillos de carbono, la pareja espera que esta investigación brinde información sobre cómo desarrollar imanes moleculares superiores.
Todavía hay cuellos de botella por resolver, como la forma de colocar estas moléculas magnéticas en las superficies sin afectar su rendimiento, y cómo proteger la memoria en cada molécula para que no interactúe con sus vecinos. No obstante, si bien Chilton reconoció que queda "un largo camino por recorrer" antes de que esto sea comercialmente viable, estos son desarrollos interesantes que los lectores deben tener en cuenta.
Prepárese para el almacenamiento óptico 5D
Por supuesto, si el almacenamiento súper frío no es lo suficientemente emocionante para usted, ¿qué tal la posibilidad de revolucionar el almacenamiento de datos mediante el uso de láser para tallar terabytes de datos en pequeños discos de vidrio? Esa es la declaración de misión de los investigadores de la Universidad del Reino Unido de Southampton. En una búsqueda para desarrollar el almacenamiento de datos digitales que potencialmente pueda sobrevivir durante miles de millones de años, han creado un proceso de grabación y recuperación que se basa en la escritura láser de femtosegundos.
"Estamos desarrollando tecnología de almacenamiento de datos primaria para archivar y almacenar en frío grandes cantidades de datos, [como] para centros de datos y nube", dijo el Dr. Peter Kazansky , profesor del Centro de Investigación de Optoelectrónica de Southampton, a Digital Trends. “Uno de nuestros objetivos es reemplazar la cinta magnética, que actualmente se usa para tales aplicaciones. La ventaja de nuestra tecnología es su extrema durabilidad, ya que utilizamos vidrio de cuarzo como medio de almacenamiento, que puede sobrevivir a desastres como incendios o erupciones solares, potencialmente dañinos para los centros de datos. Otra ventaja es que utilizamos grados adicionales de libertad para el almacenamiento de datos, lo que ayuda a aumentar la capacidad ".
La solución de almacenamiento se describe como de cinco dimensiones. La información se codifica en varias capas, incluidas las tres dimensiones habituales. Sin embargo, también está codificado en orientación y tamaño de estructuras impresas, lo que le da cinco grados de libertad para el almacenamiento de datos. El almacenamiento permite cientos de terabytes por disco en capacidad de datos. También tiene estabilidad térmica de hasta 1,800 grados Fahrenheit. En comparación con la vulnerabilidad de la cinta magnética, que dura solo alrededor de una década, este enfoque parece casi indestructible en comparación.
El trabajo de la Universidad de Southampton ha despertado el interés de Microsoft. La iniciativa, llamada Project Silica , busca explotar el almacenamiento óptico 5D en vidrio para la primera tecnología de almacenamiento diseñada y construida para la nube desde los medios hacia arriba. "El principal cuello de botella actual es el aumento de la velocidad de escritura", reconoció Kazansky.
¿Cuál saldrá arriba?
En este momento, estos tres enfoques se encuentran en diversas etapas de futuro. Cada uno tiene sus propios plazos, desafíos y posibles beneficios y razones.
¿Cuál veremos en última instancia dar forma al futuro del almacenamiento de datos tal como lo conocemos? Es difícil saberlo con certeza. Todavía queda mucho trabajo por hacer antes de que los métodos de almacenamiento de hoy sigan el camino del disquete de 3 ½; reemplazado por algo infinitamente más ciencia ficción en concepto. Pero las cosas se mueven rápidamente.
Francamente, cualquiera de estos enfoques fascinantes salga a la cabeza, los verdaderos ganadores serán aquellos de nosotros que utilizamos la tecnología. Y como resultado nunca más tendrá que eliminar nada para siempre.