Microsoft: i tuoi dati cloud potrebbero presto essere archiviati in DNA e ologrammi

Microsoft sta acquistando dieci milioni di filamenti di DNA dalla startup di biologia Twist Bioscience per indagare sull’uso del materiale genetico per archiviare i dati.

I dati crescono così rapidamente che le tecnologie attuali potrebbero non essere in grado di tenere il passo. Ecco perché Microsoft sta lavorando a nuove tecnologie di archiviazione per ospitare enormi quantità di dati in DNA e ologrammi. Queste tecnologie di archiviazione potrebbero sconvolgere il mondo dei data center e Microsoft afferma che sono più vicine di quanto pensiamo.

Alla recente conferenza Ignite, Mark Russinovich, Chief Technical Officer di Microsoft Azure, ha mostrato prototipi funzionanti per sistemi di archiviazione dati basati su DNA e olografia. Questi approcci richiedono un ampio lavoro di ingegneria per essere commercializzati su larga scala, ma Russinovich ha affermato che la crescita dei dati nel mondo reale rappresenta un caso convincente per queste nuove tecnologie.

“La quantità di dati generati sta davvero sfuggendo alla nostra portata”, ha affermato Russinovich. “Ci sono alcuni tipi di dati che semplicemente non saremo in grado di archiviare in modo efficiente con le tecnologie odierne. È qui che stiamo esplorando nuovi modi per archiviare i dati in modo molto efficiente e su scala molto elevata per colmare questo divario”.

Le implicazioni per l’infrastruttura digitale sono profonde. L’archiviazione di un exabyte di dati attualmente richiede due data center di Azure, ciascuno delle dimensioni di un Walmart, ha affermato Russinovich. La memoria del DNA potrebbe ospitare quell’exabyte in un solo centimetro cubo di spazio.

“È sostenibile, è organico ed è durevole”, ha detto Russinovich.

Dura da centinaia di migliaia a milioni di anni. Sulla Terra abbiamo trovato un DNA biologico di 700.000 anni. Conservato nelle giuste condizioni, può sopravvivere praticamente per sempre.

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I concetti di archiviazione olografica non sono nuovi, ma sono stati difficili da eseguire in modo pratico.

“È stato inventato negli anni ’60, ma non è mai stato commercializzato con successo”, ha detto Russinovich. “In realtà crediamo che ora sia il momento giusto per sfruttare questa fantastica tecnologia di archiviazione. Riteniamo inoltre che Microsoft sia nella posizione migliore per farlo perché abbiamo lavorato su tecnologie ottiche in quest’area per molti anni su HoloLens e le tecnologie ottiche al suo interno sono qualcosa che possiamo sfruttare per l’archiviazione olografica.

Questi nuovi approcci allo storage sembrano fantascienza. Ciò che è chiaro è che Microsoft è disposta a investire risorse considerevoli nella ricerca “moonshot” che apporta cambiamenti drammatici alle infrastrutture, come è stato chiaramente visto in Project Natick, la sua iniziativa per gestire data center edge sotto il mare.

Esplorazione della conservazione del DNA

Nei sistemi di archiviazione dati tradizionali, le informazioni vengono archiviate in una serie binaria di uno e zero che vengono scritte su dischi rotanti o su nastro utilizzando il magnetismo o su DVD o supporti Blu-Ray utilizzando i laser. In un sistema a DNA, i dati vengono archiviati in una soluzione liquida contenente DNA e “letta” utilizzando sistemi che combinano componenti elettronici e molecolari.

L’iniziativa di archiviazione del DNA di Microsoft utilizza il DNA sintetico creato da aziende come Twist Bioscience, anziché riutilizzare il DNA di esseri umani o animali.

“Potresti dire ‘quindi quando archivio attraverso il DNA le mie foto di famiglia o le foto della mia ultima vacanza, che tipo di creature possono creare?'”, ha detto Russinovich. “Fortunatamente, queste cose saranno inerti e non cresceranno realmente, quindi non preoccuparti di strane creature basate sulle foto delle tue vacanze che vanno in giro e attaccano le persone”.

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Microsoft ha collaborato con i ricercatori dell’Università di Washington per creare un sistema che codifica i dati nel DNA sintetico che viene archiviato in una soluzione liquida e può quindi essere letto e utilizzato nell’elaborazione dei dati.

Il sistema automatizzato di archiviazione dei dati del DNA utilizza un software che converte gli uni e gli zero dei dati digitali negli elementi costitutivi del DNA, espressi come una stringa di A, T, C e G. Quindi utilizza apparecchiature di laboratorio per far fluire i liquidi e le sostanze chimiche necessarie in un sintetizzatore che costruisce frammenti di DNA fabbricati e li spinge in un contenitore di stoccaggio.

Quando il sistema ha bisogno di recuperare le informazioni, aggiunge altre sostanze chimiche per preparare il DNA e utilizza pompe microfluidiche per spingere i liquidi in un sistema che “legge” le sequenze del DNA e le converte in informazioni che un computer può comprendere.

È una bella scienza. Ma in pratica, lavorare con il DNA e le soluzioni è l’ideale per i laboratori, non per le strutture di archiviazione dei dati.

“Finora il processo è stato incredibilmente manuale”, ha affermato Luiz Ceze, professore presso il Molecular Information Systems Lab dell’Università di Washington. “Sono letteralmente persone che si muovono con le pipette in mano. L’unico modo per rendere lo storage del DNA scalabile per essere utilizzabile e diventare mainstream è automatizzarlo. Quello che abbiamo fatto è dimostrare che è possibile automatizzare l’intero processo, dai bit alle molecole e di nuovo ai bit”.

“Siamo effettivamente arrivati ​​al punto in cui abbiamo un primo sistema di archiviazione del DNA completamente automatizzato”, ha detto Russinovich nella sua presentazione a Insight. “Non è solo una prova di concetto. Prenderemo i dati binari e sintetizzeremo la molecola del DNA. Abbiamo la parte di conservazione e preparazione all’interno di quella fiala di DNA, quindi possiamo sequenziarla e ottenere i dati risultanti tutti in un unico banco di prova”.

Ecco come appare:

Quei becher e quelle boccette non sarebbero di casa nella maggior parte degli ambienti dei data center. Microsoft ci sta lavorando.

“Il nostro obiettivo finale è mettere in produzione un sistema che, per l’utente finale, assomigli molto a qualsiasi altro servizio di cloud storage: i bit vengono inviati a un data center e archiviati lì e quindi vengono visualizzati quando il cliente li desidera”, ha affermato la ricercatrice principale di Microsoft Karin Strauss. “Per farlo, dovevamo dimostrare che questo è pratico dal punto di vista dell’automazione”.

“Potrebbe puntare a un nuovo tipo di sistema che ha un componente elettronico e un componente molecolare e ci consente di costruire un sistema che integra molecole umide ed elettronica secca e insieme fanno qualcosa di straordinario”, ha affermato Ceze.

Ci sono problemi di ingegneria incredibilmente difficili da risolvere per realizzare questa scala ed essere davvero efficiente in termini di costi. Ma siamo sulla buona strada su questa strada.

Russinovich ritiene che l’enorme potenziale di archiviazione dei dati del DNA rappresenti un caso convincente per la ricerca.

Questo è una specie di passo successivo per dimostrare che questa tecnologia è davvero praticabile e che ci sono problemi di ingegneria incredibilmente difficili da risolvere per realizzare questa scala ed essere davvero efficiente in termini di costi. Ma siamo sulla buona strada su questa strada.

Archiviazione dei dati olografici

Per l’attuale generazione di professionisti dei data center, lo storage olografico potrebbe sembrare un salto più facile rispetto al DNA. In un sistema olografico, i dati all’interno dei fasci di luce ottica vengono memorizzati come immagine all’interno di un cristallo di niobato di litio.

L’archiviazione olografica è in grado di registrare e leggere milioni di bit in parallelo, consentendo velocità di trasferimento dati superiori a quelle raggiunte dall’archiviazione ottica tradizionale.

Project HSD è una collaborazione tra Microsoft Research Cambridge e Microsoft Azure per creare un sistema di archiviazione olografico come progetto cloud-first, basandosi sui recenti progressi nelle tecnologie ottiche come le fotocamere degli smartphone.

“Per implementare l’archiviazione olografica, abbiamo bisogno di fotocamere ad altissima risoluzione”, ha affermato Russinovich. “Se dai un’occhiata alle fotocamere che escono dagli smartphone di oggi, sono alle risoluzioni di cui abbiamo bisogno – nell’intervallo di 10 megapixel – per commercializzare una tecnologia come questa. Abbiamo fatto davvero dei grandi progressi”.

“Siamo stati in grado di leggere e scrivere per sbloccare velocità di accesso paragonabili ai dischi rigidi”, ha affermato. “Siamo stati anche in grado di sfruttare la compensazione del software tramite il deep learning per essere in grado di leggere con un alto grado di precisione, i dati che sono stati archiviati nella memoria olografica. Abbiamo la prova dei concetti ora”.

Dal punto di vista della progettazione del data center, lo storage olografico sarebbe un adattamento più semplice del DNA, poiché sostituisce semplicemente un supporto di storage diverso e forse nuovi fattori di forma.

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Queste tecnologie stanno facendo rapidi progressi, ma sono ancora probabilmente lontani anni dall’implementazione su larga scala. Anche dopo che le nuove tecnologie sono praticabili, vengono adottate gradualmente nel tempo, fornendo agli operatori dei data center il tempo per adattare progetti e best practice.

Ad esempio, il cloud computing è tra le tendenze IT più dirompenti. Amazon Web Services ha lanciato la sua piattaforma cloud nel 2006 e dopo 14 anni Gartner stima che circa il 30% dei negozi IT aziendali utilizzi una qualche forma di cloud storage. Soluzioni efficaci per il raffreddamento a liquido sono disponibili da anni e rimangono poco utilizzate. Il cambiamento arriva più lentamente nelle aree più mission-critical del data center, che include sicuramente lo storage.

Ma l’interesse di Microsoft per queste tecnologie sottolinea il vantaggio innovativo di lavorare con i clienti di data center iperscalabili, che guidano una fetta ampia e in crescita del business dei data center. I fornitori di servizi che si rivolgono a questo mercato devono fare i conti con le tecnologie che queste aziende stanno adottando e le specifiche necessarie per supportarle.

Ecco uno sguardo alla parte della presentazione di Ignite di Russinovich in cui discute l’approccio di Microsoft al futuro dello storage.

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