※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1807호(2017. 8. 2 발행)에 기고한 원고입니다.
▶ IITP에서 PDF 포맷으로 퍼블리싱한 파일을 첨부합니다. 가독성이 좋으니 참고하시기 바랍니다.
마이크로소프트, DNA 기억 소자에 데이터를 저장하는 방법 개발.pdf
마이크로소프트 리서치(Microsoft Research)는 DNA를 단위로 하는 기억 소자에 데이터를 저장하고 그것을 읽어내는 데 성공했다고 발표
Ø 마이크로소프트 리서치에 따르면 DNA에 비디오 영상 등을 저장하고 오류 없이 읽어 비디오를 재생할 수 있었으며,
데이터 용량은 200MB로 영상 외에 데이터베이스 등이 포함되어 있었음
Ø 이 실험은 지난해 실시되었으며, 올해 들어 연구 내용을 자세히 소개한 논문 ‘DNA 데이터 스토리지 확장과 무작위 접근 검색(Scaling up DNA data storage and random access retrieval)’으로 발표되었음
Scaling up DNA data storage and random access retrieval.pdf
기억 소자로서 DNA가 주목 받는 이유는 ‘기억 밀도’에 있는데, 인터넷 상의 모든 정보를 중형 사전 한 권 정도의 크기에 담을 수 있는 것으로 알려져 있음
Ø 현재의 저장 매체들은 물리적 한계에 다다르고 있는데, 광학 디스크나 하드 디스크, 플래시 메모리(SSD) 등이 장기 보존 저장 매체로 사용되고 있으나 하드 디스크의 기억 밀도는 1 평방 밀리미터당 10GB(10^10 바이트)로 한계에 가까워지고 있음
Ø 이에 비해 MS가 개발한 DNA는 저장 밀도가 1 평방 밀리미터당 10의 18승 바이트(10^18 B)로 1억 배가 높아 기억 밀도가 현저히 높기 때문에 차세대 기억 소자로 주목 받고 있음
Ø 또한 DNA를 기억 소자로 사용하면 장기 저장도 가능하게 되는데, DNA는 실리콘과 달리 부드럽고 파괴되기 쉽다는 이미지가 있지만 DNA를 저온 저습으로 저장하면 노화가 매우 작음
Ø 매머드의 DNA로부터 매머드를 재생하는 프로젝트가 진행되고 있는 데서 알 수 있듯이, DNA는 수십만 년 전의 정보가 정확하게 유지될 수 있음
Ø 플로피 디스크나 카세트 테이프 판독 장치의 경우 제조가 중단되면서 더 이상 사용할 수 없게 되는 문제가 발생했지만, DNA의 판독 장치(DNA 시퀀서)는 인간이 존재하는 한 아주 오랜 기간에 걸쳐 이용할 수 있는 장점이 있음
Ø 마이크로소프트는 DNA를 기억 소자로 사용하는 이번 연구결과를 프로토타입으로 삼아, 자체적으로 차세대 스토리지 개발에 나설 계획인 것으로 알려짐
<자료>Microsoft [그림 1] DNA 기억 소자에 데이터를 저장 |
DNA를 저장 매제로 이용하는 논리는 매우 간단하지만, 이것을 실제로 실행하려면 고도의의 기술이 필요함
Ø DNA를 메모리로 사용하려면 정보 2 비트를 DNA를 구성하는 염기(A, G, T, C)에 인코딩 하면 되는데, 즉 A(00)-G(01)-T(10)-C(11)로 표현이 가능하며 AG의 경우 0001로 표현할 수 있음
Ø 현재 데이터는 0과 1로 구성되어 기억장치는 2비트로 구동되지만, 이를 DNA 소자를 이용해 A-G-T-C의 조합으로 대체하면 4비트로 구성되는 메모리 소자가 가능해 지는 것임
Ø DNA 기억 소자는 논리적으로 랜덤 액세스 메모리(Random Access Memory)로서 기능하는데, 이는 PC에서 사용되는 SRAM과 DRAM에 해당함
Ø 기억하는 정보의 기본 단위(레코드)를 정의하고 여기에 ID나 주소, 혹은 페이로드를 설정하며, 정보를 기록할 때 이런 구성의 DNA를 생성하게 됨
Ø 이 과정은 DNA 합성(DNA Synthesis)이라고 불리며 DNA의 염기를 특정 배열로 쌓아 올리게 되는데, 현재 많은 스타트업들이 등장하여 DNA 합성 기술이 고도로 진화하고 있음
Ø 생성된 DNA는 DNA 풀(DNA Pool)이라는 용기에 보관되며, DNA를 읽을 때는 DNA 판독 장치 (DNA 시퀀서)를 사용하는데, 유전자 분석 때와 같은 방식으로 용기 안의 DNA 서열을 읽어 냄
남은 기술적 과제는 DNA 생성 과정에서 어떻게 고속으로 DNA를 생성하느냐인데, DNA라는 생물체를 생성하려면 시간과 비용이 많이 소요됨
Ø 현재 DNA 생성 속도는 초당 400 바이트로 200MB를 생성하려면 약 80만 달러가 드는데, 상용화를 위해서는 DNA 생성 속도를 올리고 가격을 낮출 수 있는 기술적 돌파구가 필요함
Ø 결국 유전자에 데이터를 저장하기 위해서는 DNA를 편집하여 기억 소자를 생성할 뿐만 아니라 편집한 DNA를 미생물에 통합해 새로운 자료를 생성하는 ‘합성생물학’의 발전이 필요함
Ø 생물학과 최신 IT 기술이 융합된 ‘합성 생물학(Synthetic Biology)’은 주로 신약 개발과 신소재의 합성에 응용되고 있는데, DNA를 기억 소재로 한 데이터센터에도 적용이 가능한 것임
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