Centinaia di petabyte in una molecola: la corsa allo storage su DNA sintetico accelera

Accanto a soluzioni come Project Silica di Microsoft, volti a preservare le informazioni digitali per migliaia di anni, vi è tutto un filone di studi e soluzioni commerciali più o meno concrete che guardano al DNA sintetico come sistema di memorizzazione delle informazioni.

Ad accrescere l'interesse per tale branca è la crescita esponenziale dei dati generati dall'intelligenza artificiale, che sta mettendo sotto pressione le tecnologie di archiviazione tradizionali. In questo contesto, imec e Atlas Data Storage hanno annunciato una partnership strategica con l'obiettivo di accelerare lo sviluppo di sistemi di memorizzazione digitale basati su DNA sintetico.

L'accordo combina l'esperienza di Atlas nella progettazione di ASIC e nelle tecnologie di sintesi del DNA su larga scala con il know-how di imec nello sviluppo, nella fabbricazione e nell'integrazione di chip avanzati.

Tecnologie come nastri magnetici e hard disk iniziano a mostrare limiti strutturali: tra i problemi principali figurano la densità di archiviazione, i costi energetici, la sostenibilità e la necessità di migrare periodicamente i dati verso nuovi supporti a causa del deterioramento dei media.

Il DNA viene considerato da tempo una possibile alternativa. Dal punto di vista teorico, un grammo di DNA potrebbe contenere fino a centinaia di petabyte di dati digitali, grazie alla sua straordinaria densità informativa basata sul codice a quattro lettere delle molecole biologiche. Inoltre, se adeguatamente conservato, il DNA può mantenere l'informazione stabile per migliaia di anni senza richiedere riscritture periodiche.

Uno degli ostacoli principali per rendere praticabile lo storage su DNA su scala industriale, è la velocità di sintesi. I processi attuali non offrono ancora la produttività necessaria per applicazioni su larga scala.

La collaborazione tra imec e Atlas affronta proprio questo punto. Le due realtà hanno sviluppato un chip integrato che combina un ASIC CMOS progettato da Atlas con un array nanometrico estremamente denso di celle elettrochimiche realizzato sopra il chip stesso. Questo sistema consente di orchestrare e controllare milioni di siti di sintesi individuali, aumentando drasticamente il throughput del processo.

L'integrazione sfrutta i vantaggi della produzione su wafer da 300 millimetri, tipica dell'industria dei semiconduttori, per rendere la tecnologia scalabile. L'obiettivo è arrivare a sintetizzare centinaia di gigabyte di dati in un singolo ciclo di scrittura del DNA.

La realizzazione del dispositivo ha comportato diverse sfide tecniche. Tra queste, la necessità di incidere elettrodi in platino a dimensioni estremamente ridotte e garantire l'isolamento elettrico tra dispositivi adiacenti.

Il team di ricerca e sviluppo ha quindi sviluppato un processo produttivo personalizzato per minimizzare le correnti di leakage tra le celle e assicurare un funzionamento stabile dell'array ad alta densità. Questa stabilità è considerata un requisito fondamentale per ottenere una sintesi affidabile del DNA su larga scala.

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Oltre agli aspetti tecnologici, la collaborazione prevede anche un rafforzamento dei legami industriali. imec diventerà infatti azionista di Atlas Data Storage, permettendo alla startup di accedere alle infrastrutture di ricerca avanzata e all'ecosistema di partner industriali e finanziari che ruotano attorno all'istituto belga.

Secondo le due organizzazioni, la convergenza tra scienza della vita e tecnologie dei semiconduttori potrebbe aprire nuove prospettive non solo per l'archiviazione dei dati, ma anche per sensori e sistemi di elaborazione bio-ibridi.

Se queste tecnologie dovessero raggiungere la maturità industriale, lo storage su DNA potrebbe diventare una delle possibili risposte alla crescente domanda di archiviazione ad altissima densità, sostenibile e progettata per conservare informazioni su scale temporali di secoli o millenni.