Speichertechnik: Microsoft entwickelt Nanochip für DNA-Speicher

Der neue Chip erreicht eine deutlich höhere Speicherdichte als bisher, was auch die Kosten für DNA-Speicher senken soll.

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DNA-Strang: Speicherbedarf von knapp 9 Zettabyte im Jahr 2024
DNA-Strang: Speicherbedarf von knapp 9 Zettabyte im Jahr 2024 (Bild: Pixabay/CC0 1.0)

Mit der Digitalisierung und dem Internet steigt der Speicherbedarf immens. Herkömmliche Speichermedien reichen nicht mehr aus. Desoxyribonukleinsäure gilt als ein Speichermedium der Zukunft. Microsoft Research hat ein neues System zum Beschreiben und Auslesen entwickelt.

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Desoxyribonukleinsäure (DNS, Englisch: Desoxyribonucleic Acid, kurz DNA) ist der Speicher des Erbguts aller Lebewesen auf der Erde. Ein Team von Microsoft Research und des Molecular Information Systems Laboratory (MISL) der University of Washington in Seattle entwickelte einen DNA-Speicher-Schreibmechanismus auf einem Chip. Dieser Chip ist deutlich kleiner und effizienter als frühere Lese-Schreibgeräte für DNA-Speicher.

Es sei gelungen, DNA-Speicherschreiber im Nanomaßstab zu entwickeln, schreibt das Team in der Fachzeitschrift Science Advances. Dieser werde voraussichtlich 25 x 10^6 Sequenzen pro Quadratzentimeter schreiben. Das sei um den Faktor 1.000 dichter als bei bisherigen DNA-Speicher-Arrays.

Eine höhere Dichte bedeutet geringere Kosten

Daten werden in einem DNA-Strang gespeichert, indem die Nullen und Einsen der digitalen Daten in Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G) und Thymin (T) umgewandelt werden - das sind die Basen, aus denen DNA besteht. DNA-Stränge können parallel auf Spots auf einem Array synthetisiert werden. Eine Erhöhung der Synthesedichte bedeutet eine Steigerung des Schreibdurchsatzes - und damit auch eine Senkung der Kosten: Je dichter die Spots auf einem Array gepackt sind, desto niedriger sind die Kosten für die Synthese einer DNA-Kette.

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DNA habe eine Speicherdichte von einem Exabyte pro Quadratzoll, umgerechnet 6,45 Quadratzentimeter, schreiben Karin Strauss und Bichlien Nguyen in einem Beitrag auf dem Microsoft Research Blog. Für das Jahr 2024 sagt die International Data Corporation einen Speicherbedarf von knapp 9 Zettabyte voraus. Ein DNA-Speicher mit einer solchen Kapazität hätte laut Strauss und Nguyen lediglich die Größe eines kleinen Kühlschranks.

DNA überdauert Millionen von Jahren

DNA-Speicher hat aber nicht nur sehr eine hohe Speicherdichte. Ein weiterer Vorteil ist die Dauerhaftigkeit: Der Speicher ist nicht nur seit Millionen von Jahren bewährt. Es ist heute noch möglich, die DNA von längst ausgestorbenen Tieren zu entziffern.

Microsoft forscht seit einigen Jahren an dem Speicher aus künstlich hergestellter DNA. 2016 gelang es, 200 MByte an Daten in DNA zu speichern. 2019 war es schon die englische Wikipedia, immerhin 16 TByte. Im vergangenen Jahr speicherte Netflix die erste Folge der Serie Biohackers in DNA und verschickte 200 Exemplare als Werbung.

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