融資中國：一克DNA存下全球信息，資本正在趕來

近日，國內科學家在DNA存儲上實現重大突破。包括微軟，華為在內的企業以及奇績創壇，峰瑞資本，英諾天使，中科天使，常見投資等在內明星投資機構已經開始布局。

比爾蓋茨有張極具意義并奉為經典的照片。1994年38歲的比爾蓋茨坐在33萬張紙上，手中拿著一張光盤告訴全世界：一張光盤能記錄的內容，比這里33萬張紙上的信息都多，自此開啟光盤存儲新時代。

“未來5-15年，中國科學家將在數據中心，手中拿著一管DNA告訴全世界，這里面記錄的是當前全世界的數據”！去年9月“海上院士講壇”上中國科學院院士樊春海對未來DNA存儲技術的前景作出預判。

僅僅過了幾個月，中國科學家就在DNA存儲技術上實現了重大突破！日前，東南大學師生團隊成功將校訓“止于至善”存入一段DNA序列，實現了DNA存儲技術的新突破，并將相關成果發表在國際學術期刊《科學·進展》上。

該研究團隊帶頭人劉宏教授對外表示：“我們的重要突破點就是實現了DNA合成與測序環節的一體化，實現一體化后，DNA存儲的效率和準確性會提高，更容易實現大規模的數據存儲”。

01 一克DNA存下全球信息

什么是DNA存儲？人們為何急于尋找新的數據存儲技術？

眾所周知，目前計算機存儲的數據都是依據電壓的高和低代表0和1來表示的，DNA存儲則是把原本這些用0和1來表示的內容換成用堿基：A，C，G，T來表示，簡而言之就是用遺傳代碼替代計算機代碼，實現從數字信號到化學信號的過程，被稱為數據存儲終極技術！

“DNA是一種序列確定的生物大分子。DNA存儲技術就是將生物DNA分子進行編碼，從而在DNA序列上存儲信息。”東南大學生物電子學國家重點實驗室劉宏教授介紹。

DNA攜帶有合成RNA和蛋白質所必需的遺傳信息，是生物體發育和正常運作必不可少的生物大分子。存儲模式DNA這種雙螺旋結構上有4個化學基團，即核堿基，每種堿基都有一個字母標識：腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鳥嘌呤（G）和胞嘧啶（C）。它們按照特定順序排列，組成遺傳信息，指導生物體生長發育。

研究人員開發的DNA數字存儲系統利用這4個堿基“字母”，開發定制代碼，核堿基可以看做是編程代碼0,1，組成完全區別于生物體所用“語言”。當復制一份計算機文件時，DNA數字存儲系統首先把硬盤信息中的二進制數翻譯成定制代碼，然后借助標準DNA合成機器制造出相應的堿基序列。所以，DNA存儲技術就是用人工合成的脫氧核糖核酸（DNA）存儲文本文檔、圖片和聲音文件等數據，隨后完整讀取的技術。

那么研究DNA存儲，用遺傳代碼替代計算機代碼對于我們而言有何意義？

隨著使用網絡的人們越來越多，網絡中上傳和使用的短視頻、圖片、郵件等數據也呈幾何倍增加。分析公司 Domo 公布的數據顯示，2021年全球人均每秒將創造約 1.7 兆字節的數據，假設世界人口為 78 億，一年可創建約 418 ZB（4180億個1TB硬盤的信息價值）。此外，隨著物聯網、5G等技術的不斷落地，網絡數據超載所造成的存儲問題將越來越凸顯。

那么將DNA作為存儲介質究竟有哪些優勢？劉宏教授表示：“一是信息密度高，據微軟研究院此前估計，1立方毫米的DNA就能夠存儲1個EB（Exabyte，百億億字節）的數據；二是存儲時間長、穩定性強，在合適的條件下，可以存儲上萬年；三是存儲能耗很低”。

由于存儲結構與傳統磁盤和光盤不同，因此DNA的存儲密度極高，1克的DNA就能夠存下天量的信息，不再需要成千上萬個阿里巴巴、騰訊、亞馬遜這樣的數據中心對信息進行存儲。因此“十四五”規劃綱要進一步將DNA存儲提升至重要的地位。

“十四五”規劃綱要提出，加快布局量子計算、量子通信、神經芯片、DNA存儲等前沿技術，加強信息科學與生命科學、材料等基礎學科的交叉創新。對此中國科學院院士樊春海認為：“DNA存儲與量子計算、量子通信同時寫入國家頂層設計，將對后續深入的技術研究、加快技術轉化帶來積極影響”。

02 各國巨頭提前布局

在全球數據信息總量呈指數級增長的背景下，DNA 存儲技術也已引起多個國家和地區的重視。目前美國是進行相關規劃布局最多的國家，涵蓋了從數據“寫入”到“讀取”的多個技術過程。

早在2017年美國國防高級研究計劃局就啟動了分析信息學計劃，并為哈佛大學、布朗大學、伊利諾伊大學和華盛頓大學提供了約1,500萬美金的資助，用于研究和利用各種分子的結構特征和特性來編碼和處理數據。第二年，美國國家科學基金會（NSF）投入1,200萬美元資助包括基于DNA的可讀取電子存儲器、使用嵌合DNA的納米級芯片存儲系統、基于納米孔讀取的高度可擴展隨機訪問DNA數據存儲、核酸內存在內的8個研究項目。

2019年以來，美國對DNA存儲技術領域繼續抓緊布局，美國國防高級研究計劃局（DARPA）在推動科學技術基礎研究戰略中明確提出重點關注基于分子信息學的新計算方法并表示將在更廣泛領域探索除DNA分子外更多的數據編碼處理新方法。

除了政府和高校外，企業巨頭也早早加入DNA存儲研究當中。2016年微軟與華盛頓大學合作提出了基于DNA存儲系統體系架構——鍵值存儲，同時進一步形成了新的編碼方案。兩年后，微軟與華盛頓大學合作創建了一個大型現代數據庫，在分子鏈上存儲了破紀錄的200MB數據，實現了令人驚嘆的存儲量。在此基礎上，2019年微軟與華盛頓大學的研究出能夠在DNA中存儲1,000MB數據，不僅存儲量翻了幾倍而且實現了從存儲到提取信息的重大突破。

此外，瑞士、德國、日本、澳大利亞等科技發達國家也對相關研發進行了資助，并提升了對合成生物學領域的重視程度。

作為數據大國，我國更是對DNA存儲技術領域研發工作給與高度重視。2018年國家重點研發計劃中，合成生物重點專項共有36個，總經費將近7.98億元，并專門設立了與DNA存儲技術相關項目。此外還由南方科技大學牽頭，上海交通大學、中國科學院長春應用化學研究所、福州大學、同濟大學聯合申報了“使用合成DNA進行數據存儲的技術研發”項目。

本次實現DNA存儲技術突破的研究團隊來自于東南大學生物電子學國家重點實驗室。談及研究初衷，團隊負責人劉宏教授表示：“東南大學生物電子學國家重點實驗室，一直從事生物電子方面的研究，近年來該領域迎來一個新的研究方向——DNA存儲，于是我們在一年前開始了這項研究。更重要的是，這項研究有助于解決大數據時代數據存儲難題”。

出生于1983年的劉宏是東南大學青年首席教授，并入選了國家“萬人計劃”中青年科技創新領軍人才、國家“青年千人”，研究方向是電化學、微流控芯片、傳感器以及現場快速檢測（POCT）。基于自身電化學背景，劉宏團隊在DNA存儲研究中改進傳統的化學合成方法，運用電化學方法，將東南大學校訓“止于至善”4個字“翻譯”為DNA序列，并將其存儲在電極上，隨后又成功讀取出來。

此外，特別值得一提的是，國內也有巨頭企業提前布局DNA存儲技術，那就是華為。2019年，華為宣布成立戰略研究院，表示主要研發前沿技術，比如光計算、DNA存儲及原子制造。在華為全球分析師大會上，華為董事、戰略研究院院長徐文偉表示：“將要借助DNA存儲來突破超大存儲空間模型和編碼技術，打破容量墻”。

03 資本著手開始布局

雖然DNA存儲技術目前尚處于實驗室階段，存在合成成本高、合成速度慢、數據讀取無法實時等缺陷，并且想要解決這些問題需要突破大量技術環節，但資本市場卻開始看好這一未來技術，并且已經機構已經開始在這個賽道著手布局。

奇績創壇創始人兼首席執行官陸奇對于數字化未來發表個人觀點，他強調道：“當前的數字化方式并非一成不變，比如信息表達，可以用非符號的方式。現在的人工智能都是以深度學習為主，而深度學習某種意義上就是一種非符號的表達，它是用重疊向量來表達信息的。而信息也不一定要存儲在磁盤或硬盤上。今天在科學界不停探究的是用合成DNA基因來存儲信息，信息的密度會大規模地提高。同理，處理信息也不一定要在硅晶片上，可以用其他運算基礎，比方說量子計算，就是一個完全不同的、效益高得多的信息處理方式”。

去年，奇績創壇作為天使投資人投資了一家DNA數據存儲技術開發商——密碼子。該公司以DNA存儲設備為核心，深度融合行業級軟硬件、搭建冷熱數據分層存儲架構，逐步建立DNA數據存儲的行業標準，進一步從檔案數據、政府數據、醫療數據、自動駕駛數據等市場切入，擴展至各個數字化相關的行業。今年1月，該公司完成了數千萬Pre-A輪融資，投資方位凱泰資本、磐霖資本、王道資本以及中關村創業大街資本。

此外，去年5月峰瑞資本和嘉程資本投資了三代DNA合成技術研發商——芯宿科技。3個月后DNA 數據存儲技術開發企業中科碳元完成了由英諾天使基金領投，中科天使、常見投資、沸騰創投跟投的數千萬元天使輪融資。

基因組學解決方案提供商聯川生物也在去年完成1億元C輪融資用以探索基因合成在DNA存儲、工程菌改造、抗體新藥開發等多個領域的應用。投資方為華睿投資、海邦投資、錦聚投資以及海越投資。三輪累計融資2.786億元。

對于DNA存儲的投資機會，密碼子創始人張璐帥博士告訴記者：“從商業角度看，當下主流存儲器，比如硬盤、固態硬盤、光盤等材料占了很大一部分成本。DNA本身作為生物分子可以輕易獲取，只是目前大部分DNA存儲技術依賴于昂貴的工藝，成本很高。密碼子的技術突破對昂貴工藝的依賴。此外，從大數據可持續發展角度看，DNA存儲可以緩解數據中心對用電的高需求，以及廢棄電子器件對環境造成的巨大負擔”。

“對于想進入DNA存儲領域進行創業或者投資的人而言，我個人十分看好冷熱數據分層存儲這個方向。DNA存儲目前以冷數據為主逐漸向溫數據過渡，最終以冷熱數據分層存儲一體架構滿足大數據存儲和計算的需求”，張璐帥博士補充道。

去年“海上院士講壇”上，元禾原點創投公司合伙人胡曉方博士對于DNA存儲的投資機遇和市場潛力表示：“信息技術和生物技術兩大支柱產業，他們之間的交融蘊藏著巨大的投資機會。隨著大數據時代的到來，DNA存儲絕對擁有巨大的市場需求，一個萬億級的市場需求”。

胡曉方坦言：“DNA存儲同樣存在著巨大的投資機會，微軟、華為已經率先涉足。在國外，這個領域每一個微小的技術進步和突破都會獲得風險投資機構的投資。在國內，今年已經有很多風投在關注這一領域。從技術發展和產業投資角度而言，中國已經站在世界的前沿，中國的風險投資機構也隨之進入全新的時代——愿意投資前沿的底層技術，并進行長時間大規模的孵化的時代”。

本文轉自:融資中國