Ini bukanlah pertanyaan yang tidak penting. Komputer, perangkat pintar, televisi, termostat, sistem keamanan rumah, asisten pribadi digital, perangkat yang dapat dikenakan, mobil, robot, dan perangkat lainnya menghasilkan dan menggunakan data dalam jumlah yang meningkat secara eksponensial.
Lima tahun lalu, seluruh data yang pernah dihasilkan oleh teknologi digital kita berjumlah 4,4 zettabytes (ZB). Itu berarti 4,4 sextillion byte — informasi yang cukup banyak. Saat ini, kita telah melampaui jumlah tersebut: Kini kita memproduksi sekitar 16ZB setiap tahun, dan pada tahun 2025, jumlah tersebut diperkirakan akan meningkat sepuluh kali lipat.
Kami mengumpulkan, memproses, dan menyimpan data tersebut menggunakan microchip yang sebagian besar terbuat dari silikon, yang ditemukan di pasir. Meskipun merupakan unsur paling melimpah kedua di kerak bumi , silikon dalam bentuk murni — jenis yang dibutuhkan untuk membuat berbagai jenis chip komputer — jarang ditemukan, jumlahnya kurang dari 10% dari total pasokan silikon.
Dan kami menggunakannya dengan cepat. Banjir data dapat menghabiskan pasokan silikon kelas komputer dunia pada tahun 2040, menurut sebuah penelitian , sebuah tantangan signifikan terhadap teknologi baru dan kemajuan digital.
Salah satu cara untuk menghindari bencana ini adalah dengan meningkatkan proses penyempurnaan silikon. Selain itu, peneliti juga mencari bahan alternatif untuk pengolahan dan penyimpanan data, seperti galium oksida, hafnium diselenida dan zirkonium diselenida, serta graphene.
Namun di antara bahan-bahan alternatif ada kemungkinan lain – asam deoksiribonukleat, atau DNA .
Pemroses Data Alam
Setiap makhluk hidup datang ke dunia ini dengan membawa informasi tertentu. Warna rambut dan mata kita, sifat kidal atau kidal kita, penyakit yang mudah kita derita, dan bahkan mungkin temperamen kita terkode dalam sifat bawaan kita, yang berasal dari gen kita. Gen terdiri dari DNA, yang membawa informasi yang menentukan siapa dan apa diri kita.
Bentuk molekul DNA terdiri dari heliks ganda, atau untaian molekul kembar – satu gula dan satu lagi fosfat – yang dipilin satu sama lain. Di antara untaian tersebut terdapat basa nitrogen yang berbentuk seperti batang horizontal, masing-masing terdiri dari bahan kimia yang berbeda. Basisnya terdiri dari empat jenis:
- Adenin (A)
- Timin (T)
- Guanin (G)
- Sitosin (C)
“Tubuh manusia adalah penyimpan informasi yang paling canggih,” kata Gurtej Sandhu, rekan senior dan wakil presiden di Micron Technology. Sandhu memegang lebih dari 1.300 paten di berbagai bidang teknis. Salah satu minat pribadi dan bidang penelitiannya adalah penggunaan DNA untuk penyimpanan data.
Inspirasinya, katanya, datang dari kesadaran “sejumlah besar” informasi yang terkandung dalam tubuh kita dalam satu sel DNA.
“Alam melakukan kompresi data dalam skala yang sangat menakjubkan dan dengan cara yang masih belum sepenuhnya dipahami,” kata Sandhu. “Jadi saya berpikir, ‘Mengapa kita tidak bisa menggunakan DNA sebagai media untuk menyimpan informasi?’”
Banyaknya Manfaat Penyimpanan DNA
Ketika para ilmuwan mempelajari lebih lanjut tentang molekul DNA dan menemukan cara untuk membuat versi sintetisnya, mereka melihat banyak hal yang menjanjikan. Kelas memori masa depan yang dikenal sebagai penyimpanan asam nukleat (NAM) dapat menawarkan sejumlah manfaat.
Kepadatan: Jumlah informasi yang tersimpan dalam DNA seseorang sangat besar, kata Sandhu. Tubuh kita mengandung 5TB (atau lima ribu miliar byte) informasi. Menurut Sandhu, kepadatan penyimpanan data DNA jauh lebih tinggi dibandingkan teknologi penyimpanan lain yang dikenal saat ini.
Dalam satu sistem , satu gram DNA dapat menyimpan 215 juta gigabyte data, dan jumlah DNA yang lebih kecil dari gula batu dapat menyimpan semua film yang pernah dibuat . Sebuah wadah DNA seukuran dua mobil van penumpang dapat menampung semua data yang pernah dibuat di dunia.
Salah satu alasan untuk semua kepadatan ini adalah empat bagian basa DNA – A, T, G dan C – yang bertentangan dengan sistem berbasis biner 0 dan 1 yang digunakan komputasi sekarang, kata Sandhu. Penggandaan ini memungkinkan terjadinya “pertumbuhan eksponensial” dalam jumlah informasi yang disimpan. Penyimpanan NAM mengkodekan informasi dalam molekul, mengemas informasi dalam paket yang sangat kecil.
Daya Tahan: DNA bertahan sangat lama — hingga 1,5 juta tahun atau lebih ketika dibekukan di lapisan es. Sebagai media penyimpanan data, ia bisa bertahan selama ribuan atau bahkan jutaan tahun. Sebaliknya, media penyimpanan jangka panjang yang paling umum digunakan, pita magnetik, harus diganti setelah 10 tahun.
Keberlanjutan: DNA, bahkan jenis sintetis yang akan digunakan dalam NAM, memerlukan sedikit energi untuk menyimpan, memproses, dan membacanya. Karena ia dapat meregenerasi dirinya sendiri, ia juga dapat didaur ulang sepenuhnya. Dan itu dapat dengan mudah direplikasi menjadi banyak salinannya sendiri.
“GNB dapat menyimpan informasi dunia untuk generasi mendatang dengan menggunakan ruang dan energi yang jauh lebih sedikit,” Sandhu dan rekan penelitinya, termasuk George M. Church, Victor Zhirnov, dan lainnya, menulis dalam artikel Nature Materials tahun 2016 yang merinci hasil penelitian mereka.
Tantangan terhadap Teknologi
Para peneliti sedang mengeksplorasi penggunaan DNA, pertama, sebagai teknologi penyimpanan jangka panjang untuk catatan medis, video pengawasan, dokumen sejarah dan bahan arsip lainnya. Metode pita magnetik kuno yang mengisi perpustakaan data yang sangat besar dapat digantikan dengan NAM dalam jumlah yang relatif kecil yang akan bertahan lebih lama. Pada akhirnya, mereka berharap dapat mengembangkan teknologi NAM untuk menggantikan penggunaan silikon di komputer.
Hambatan utama untuk mencapai tujuan ini adalah biaya.
“Agar aplikasi kita dapat membaca, menulis, mengemas dan menyimpan data menggunakan DNA, biayanya perlu diturunkan secara signifikan,” kata Sandhu. Dalam satu proyek, biaya sintesis data sebesar 2MB adalah $7.000; membacanya membutuhkan biaya $2.000 lagi. Dan membaca dan menulis pada DNA lebih lambat dibandingkan jenis penyimpanan memori lainnya.
Sandhu optimistis tantangan-tantangan tersebut akan teratasi pada waktunya. Harga pengurutan DNA telah turun drastis, katanya, dari $31.250 per megabase (atau 1 juta pasangan basa DNA) pada tahun 2002 menjadi 63 sen per megabase pada tahun 2016. Dan penelitian terhadap NAM semakin meningkat. Dengan pendanaan dari kelompok penelitian seperti Universitas Harvard, Laboratorium Biologi Molekuler Eropa, dan Konsorsium Penelitian Semikonduktor (atau Symbio), semuanya mengembangkan teknologi penyimpanan data berbasis DNA. Boise State University dan Microsoft juga mempunyai proyek NAM.
Masa depan yang cerah
Kehabisan silikon kelas komputer dapat membuat dunia terhenti jika hal ini terjadi saat ini. Mengingat kecepatan produksi data, menipisnya pasokan silikon dunia merupakan kekhawatiran nyata, namun Micron berupaya untuk mengatasi tantangan ini. Sebagai produsen teknologi memori komputer terkemuka, kami berada dalam posisi yang sangat baik untuk memimpin upaya menuju solusi memori digital yang lebih baik, lebih cepat, dan lebih berkelanjutan.
Sandhu berpikir ada kemungkinan bahwa NAM berbasis DNA akan segera siap untuk menambah Micron DRAM, NAND, dan teknologi memori berbasis silikon lainnya. Suatu hari nanti, bentuk penyimpanan memori ini bisa menjadi hal yang biasa, menggantikan silikon sama sekali.
Sementara itu, proses pengembangan GNB dapat membuahkan hasil lain yang sama pentingnya, Sandhu mengatakan:
“Bayangkan sisi memori 100 tahun yang lalu ketika inti magnetik digunakan – kemudian memori elektronik, drive disk, memori magnetik kecil, dan sebagainya. Untuk itu, kami memerlukan pengetahuan tentang sisi mekanis.
“DNA 10 kali lebih rumit. Kita harus inklusif. Kita membutuhkan memori, mikrofluida, kimia, biologi molekuler. Agar teknologi ini dapat berfungsi, jumlah kolaborasi dan luasnya keterlibatan teknis dan ilmiah oleh berbagai pihak harus sangat besar. Dibutuhkan seluruh keahlian untuk mewujudkan hal ini.”
Micron adalah pembuat memori , itulah sebabnya kami memimpin industri dalam membayangkan dan menciptakan teknologi memori baru. Namun dibutuhkan kolaborasi antar para ahli di berbagai bidang untuk menghadirkan teknologi ini ke dunia.
“Tidak ada contoh seperti ini di masa lalu, di industri kita atau di industri lainnya,” kata Sandhu. “Ini akan menjadi peluang luar biasa untuk berkolaborasi. Dan kita baru menyentuh permukaannya saja.”
