Ученые создали новый биокомпьютерный чип, который выполняет вычисления с использованием субстрата ДНК, включая математические операции, необходимые для обучения искусственному интеллекту (ИИ) и обработки больших данных.
Исследователи описали новую биокомпьютерную платформу 19 октября 2023 года в журнале ПЛОС Один. ДНК известна как основа жизни и кодирует генетическую информацию так же, как данные могут быть закодированы на электронных устройствах хранения данных.
Устройства на основе ДНК ранее использовались для кодирования данных в небольших масштабах, но этот прототип чипа использует ДНК и для обработки данных.
Связанный: Прорыв в области «универсальной памяти» приближает следующее поколение компьютеров на один шаг ближе к значительному увеличению скорости
«ДНК превосходно хранит информацию, на самом деле, она намного лучше, чем электронные виды памяти, потому что она примерно на 3-6 порядков компактнее, чем большинство имеющихся у нас аппаратных средств памяти; она также гораздо более надежна и долговечный», соавтор исследования Амлан Гангулизаведующий кафедрой компьютерной инженерии Рочестерского технологического института, говорится в заявлении.
ДНК уже давно предлагается как более эффективный способ хранения данных, чем традиционные методы, такие как жесткие диски и твердотельные накопители (SSD), и такие компании, как Майкрософт также определили ДНК как одного из кандидатов на хранение и управление стремительно растущие объемы данных. Ранее исследователи создавали устройства хранения данных на основе ДНК, в том числе кодирующие молекулы ДНК бактерий с помощью видео лошади 2017 года.
Но скорость передачи данных на платформах хранения на основе ДНК намного ниже, чем на обычных устройствах хранения, согласно статье, опубликованной в журнале в 2018 году. 3Биотехнологии. Хранилище ДНК также намного дороже в производстве.
Кроме того, относительно неисследовано не только хранение, но и обработка данных на устройствах, построенных на основе ДНК.
В ходе исследования Гангули и его команда изучали, как манипулировать ДНК на молекулярном уровне, чтобы отразить многие функции, которые ДНК разделяет с компьютерами, такие как секвенирование (чтение данных) и синтез (запись данных).
Закодированные данные о ДНК путем надрезания нитей в различных точках для представления единиц и нулей двоичного кода и представляли собой различные вычисления с использованием сети микрофлюидных каналов. Это переносит жидкости по интегральной схеме для выполнения функций химических реакций.
Они обнаружили, что могут хранить и обрабатывать данные на одном и том же чипе и выполнять базовые вычисления, которые однажды могут помочь в обучении моделей искусственного интеллекта (ИИ).
Согласно статье, обработка данных на основе ДНК дает множество преимуществ. В отличие от обычных вычислений, компоненты хранения и вычисления обрабатываются одним и тем же компонентом, а не отдельными компонентами, хотя это преимущество не является преимуществом, изолированным от хранилища ДНК.
Это означает, что, поскольку ДНК может хранить в 1000 раз больше данных на единицу объема, чем SSD, обработка этих данных становится более эффективной. Обработка ДНК также может обеспечить «беспрецедентный параллелизм», выполняя миллиарды операций одновременно, пишут ученые в своей статье.
Это новое устройство является проверкой концепции, но ученые надеются, что за счет масштабирования устройства однажды его можно будет использовать для обучения систем искусственного интеллекта.
«Это мост от хранения к вычислениям и использованию ДНК в качестве средства для выполнения вычислений», — сказал Гангули в своем заявлении, добавив, что компьютер, созданный на основе ДНК-субстрата, может быть гораздо более экологически устойчивым, чем традиционная электроника.
