Çağımızın gerekliliği haline gelen bir unsur ‘veri depolama.’ Bu veri depolama konusu beraberinde birçok tartışmayı da sürüklüyor. Sosyal medya ve internet çağının getirilerinden biri, oldukça fazla sayıdaki veri girişi ve bu verilerin sağlıklı bir şekilde depolanabilmesi. Ancak ilgili kişilerin açıklamalarına göre yakın gelecekte veri depolamak büyük krizlere sebebiyet verecek.
Dünyadaki Bütün Veriyi Depolama Yapmak için 57 KG DNA yeterli
İnsanlık tarihine baktığımızda teknolojinin canlanmaya başladığı ve ilk buluşların gerçekleştiği yıllarda direkt bu gibi veri depolama sorunlarına ilk çözümler geliştirilmiş. İşe 1881 yılında Punch Card (Delikli kart) ile başlandı. Daha sonraları hızla ilerleyen bu alan farklı isimlerle karşımıza çıktı; manyetik bant (1950), sabit disk (1954), kaset (1963), Floppy disk (1970), CD-ROM (1980), Zip Drive (1994), DVD (1995), Microdrive (1999), SD Memory (1999), Taşınabilir Hard disk (2000), USB Flash Bellek (2000) ve 2010 yılında bulut teknolojileri son kullanıcılara ulaştı. Google, IBM, Microsoft gibi firmalar tabii dev depolama üniteleri ile hektarlarca alana yayılan çeşitli birimler kuruyorlar ve bu birimlerin adedi her geçen gün artıyor.
Son verilere göre 2013’te insanlar 4.4 zettabayt veri üretmişti; 2025’te ise 160 zettabayt ile bilgi patlaması olacağı hesaplanıyor. Bu gidişle mevcut altyapı ile 2040 yılına kadar tüm dünyadaki mikroçip dereceli silikonun tükenmesi bekleniyor. Dolayısıyla, mevcut teknolojik altyapının bu seviyedeki dev verinin sadece bir kısmına yetebileceği öngörülüyor. Araştırmacılar ve bilim insanlarının öngörüleri bu şekilde iken sınırsız veri paylaşımları devam ediyor. Durum bu şekilde olunca yeni veri depolama teknolojilerinin önü açılıyor. Aslında yeni olmayan DNA veri depolama teknolojisi bugün tekrardan ve daha kuvvetli bir şekilde gündeme geri geldi.
DNA Veri Depolama Teknolojisinin Kısa Tarihi
Döneminin önemli Sovyet fizikçilerinden olan Mikhail Neiman‘ın, Radiotehnika dergisinde çalışmalarını yayınladığı 1964-65 yıllarına kadar uzanıyor. Neiman, buradaki makalesinde, DNA moleküllerinde bilgilerin kaydedilmesi, saklanması ve geri alınmasının olasılığına dair genel düşüncelerini izah ederek, DNA’da bilgi saklamanın fizibilitesine değinen tarihteki ilk kişidir.
Yakın tarihte ise bu konuyla alakalı ilk göze çarpan çalışma 2007 yılında Arizona Üniversitesi’nde DNA sarmalındaki uyumsuzluk alanlarını (mismatch) kodlamak için adresleme molekülleri kullanılarak bir cihaz geliştirildi. DNA’daki bu uyumsuzluk alanlarının restriksiyon enzimleri (DNA’yı kesen) kullanılarak DNA’daki verinin okunabildiği ve böylece verilerin DNA içinden tekrar elde edilebileceğini kanıtlamış oldular. Bu çalışmalar DNA veri depolama teknolojisine olan inancı güçlendirdi.
16 Ağustos 2012 tarihinde ise, Science dergisinde, Harvard Üniversitesi’nden George Church ve arkadaşları DNA’da kodlanmış olan, 53 bin 400 kelimelik bir kitabın HTML taslağını, 11 JPG resminin ve bir JavaScript içeren dijital bilginin de DNA’ya kodlamayı başardıklarını gösteren ilk araştırma makalesini yayınladı. DNA’nın her santimetre küpünde 5.5 petabit bilginin saklanabildiğini gösterdiler. Bu araştırma ile ilk defa DNA’nın diğer fonksiyonlarının yanı sıra, sabit diskler ve manyetik bantlar gibi başka bir depolama ortamı olarak kullanılabileceği gösterilmiş oldu.
Bilim insanları bugün çekilmiş en eski filmi, bir GIF’i, banka hesap şifrelerini, video, kitap, dergi, cilt cilt ansiklopediyi ve aklınıza gelebilecek herhangi bir bilgiyi DNA içerisine depolayabiliyorlar. Peki ama bunu nasıl yapıyorlar?
DNA ile Bilişim Sistemlerini Birleştirmek
Bir bilgisayara herhangi bir girdi yaptığınızda bilgisayarın en mühim parçalarından olan işlemci ve yan donanımlar bu girdileri özel bir dile çevirir ve bunu belirli şekillerde depolarlar. Bu özel dilin alfabesi oldukça basit iki rakamdan oluşmaktadır; 0 ve 1 rakamları bilgisayarın ana dilidir. En basit şekli ile DNA ile bu sistemin buluşması 0 ve 1’lerden oluşan verilerin DNA diline çevrilmesidir. Bu da demek oluyor ki 0 ve 1 in çeşitli karşılıkları olacak, bunlar DNA’nın bazları olarak bilinen A (Adenin), T (Timin), G (Guanin) ve S (Sitozin) ile eşlecekler.
Microsoft, DNA’da bilgi depolama alanında çalışan teknoloji şirketlerinden sadece biri. Intel ve Micron da 2018’de MIT girişimi Catalogue duyurdu. DNA’da terabit kadar büyüklükteki bir veriyi yazabilecek bir çift nakliye konteyneri boyutunda bir makine ürettiklerini açıkladılar hem de bunu 1 gün kadar kısa bir sürede gerçekleştirdiler. Genel olarak gerçekleştirilen işlem şöyle, bilgisayar sisteminde bilgi depolama bitleri olan 1 ve 0’ları, maaliyeti yüksek olan özel olarak sentezlenmiş DNA iplikçiklerine doğrudan dönüştürmek yerine, daha ucuz ve kullanışlı olan önceden hazırlanmış DNA iplikçikleri, desenleri ilgili verileri kodlayan daha büyük moleküllere enzimler aracılığıyla yerleştirmektedirler.
Tabii herkesin sosyal medyadan aşina olduğu bir görüntü vardır. Yaklaşık olarak birkaç megabaytlık veriyi depolayabilen dev ve hantal makinelerin kamyona yerleştirilirken çekilen o klasik fotoğrafı. Bugün belki DNA depolama adına bu fotoğraftaki noktadayız ancak bilinen ve öngörülen ilerlemelere göre bu teknoloji çok yakın bir zamanda bir mikroçip boyutuna inebilecek. Bu konu ile ilgili çok sayıda dev firma yatırımlar yapıyor ve yapmaya devam ediyorlar. Çünkü verimli ve kolay bir yöntem.
Kayıt mekanizmasını daha anlaşılır ifade etmek gerekirse; Harvard Üniversitesi’nden George Church ve Sri Kosuri, DNA’ya veri depolamak için ilk olarak yeni DNA şeritleri sentezledir. Bu DNA şeritlerinin içerisinde ise genetik kayıt yapılmamış, içi boş genler mevcuttu. Bu genlerin kapasitesi hesaplandığında ise ikili sayı sisteminde 96 bit veri taşıma kapasitesine sahipti. Dolayısıyla araştırmacılar DNA’nın bazlarına yoğunlaştılar, A-T-G-S. DNA’nın çift iplikli merdiven sisteminde bu bazlar köprü görevi görmektedirler. Bu baz çiftlerini oluşturan T ve G bazlarına 1 değerini, A ve S ise 0 değerini veren bilim adamları DNA’da bilgisayar benzeri 1 ve 0 sistemi ile veri kaydetmeyi başarmış oldular.
Sentezlenmiş olan boş DNA’nın herhangi bir veri ile doldurulduğunu farz edelim. Örneğin Yüzüklerin Efendisi Kralın Dönüşü filmini aktardığımızı düşünelim. DNA, insanlar ve DNA ihtiva eden tüm canlılarda hücre bölünmesi ile birlikte kendini böler. Çift iplikli yapısı çeşitli enzimler ile ortadan bir fermuar gibi açılır. Her iki ayrılan iplik birbirlerini yeni dizilerle tamamlar ve genetik bilgiyi aktarabilecek DNA miktarını da arttırmış olurlar. Araştırmacılar ise DNA’da depolanan filmimizi alabilmek için DNA replikasyonunu yapay olarak simüle ediyorlar. Kaydı içeren DNA’nın karşısına yeni sentezledikleri boş bir DNA ipliği getiriliyor. Dolayısıyla ana iplik kendisini yeni boş DNA içerisine kopyalamış oluyor. Yeni oluşan formasyonda bazlar tayin ediliyor ve 0-1 sistemine çevrilerek dijital ve yazılı şekilde istenilen yere aktarılabiliyor.
İnsanlığı Gelecek Medeniyetlere Taşıyacak Cam Disk
İnsanlığın hayatta kalabilmesi için Dünya’yı terk etmesi gerekiyor. Mars yolculuğu ile başlayacak yeni uzay çağına erişirsek yeni bir medeniyete ulaşacak ve galaksinin farklı köşelerindeki medeniyetlerle tanışacağız. Eğer hepsi aptallık kaynaklı birçok kıyamet senaryosunu gerçeğe dönüştürürsek ise yok olacağız. Bilim insanları, iki ayrı kolda birçok olasılığa ayrılan gelecekte var olabilmemiz için nihai soru işaretlerinden birine çözüm bulmuş görünüyor: Bilgiyi saklama.
Bulut teknolojisi yeryüzü ile sınırlı en güvenli veri depolama yöntemi olarak kabul ediliyor. Ancak sürekli bakım gerektiren ve yakın gelecekte soğutma derdini ortadan kaldırmak için sualtına yerleştirilmesi hedeflenen veri merkezlerinin ömrü bu dünya ile sınırlı. Bizden sonra gelecek ve uzayın derinliklerindeki galaksilere yol alacak nesiller için bilginin bir yerde toplanması ve saklanması ise çok daha üstün bir teknoloji gerektiriyor.
Southampton Üniversitesi’nde yapılan çalışmada geliştirilen yeni veri formatı, bilginin çok küçük nano-yapılar halinde cama işlenmesini sağlıyor. 190 derece sıcaklığa dayabilen avuç içinizden küçük cam diskte saklanacak 380 TB verinin ömrü, 13,8 milyar. Yani, Evren’in yaşı kadar.
Geliştirilen yöntem, ‘beş boyutlu veri depolama’ olarak adlandırılıyor. Southampton Üniversitesi tarafından ilk olarak 2013’te duyurulan teknoloji, bugün ticari ürün haline gelme potansiyeline erişmiş durumda. Araştırmada yer alan Aabid Patel, The Verge’e yaptığı açıklamda, “Hiçbir formatla sınırlanmış değiliz. Bize bilgiyi verin ve disk üzerine işleyelim” ifadesini kullanıyor.
Southampton Üniversitesi nano bilgi işleme teknolojisi sergilemek için King James Onaylı İncil, Isaac Newton’ın ‘Opticks’ adlı eseri ve BM Evrensel İnsan Hakları Bildirgesi’nin cam disk kopyalarını oluşturdu. ‘5D optik bellek’ içindeki bildirge, bu ay başında BM’ye sunuldu.
Nihai Depolama Aracı
On yıllarca veri saklamak için kullandığımız ve halen mevcut olan CD’ler, polikarbornat plastik üzerine yapılan alüminyum ve akrilik kaplamadan imal ediliyor. Lazer CD üzerindeki ince çizgilerde yer alan yumrulara isabet ettiğinde 1, boşluğa isabet ettiğinde 0 okunuyor ve ikili kod ile videodan müziğe ve metin belgesine kadar her türlü bilgi saklanabiliyordu. Ancak bugün DVD ve hard diskler fiziksel etkenlerden doğrudan etkilendiği için ömürleri 10 yılın ötesine pek geçemiyor.
5D diskler ise bilgiyi içlerinde bulunan ve ‘nanogratings’ adı verilen yapılarda saklıyor. Ayrıca, CD’lerde sadece iki boyutlu okunabilen veri, cam diskte 5D kalitesine yükseliyor. 5 boyut okuma özelliği, cam diskten yansıyan ışığın şiddetinden, nanogratings yapılarının konumuna ve cam diskin x,y,z ekseni üzerindeki konumuna göre değişiyor.
5D optik belleğin çok yüksek miktarda veri saklayabilmesi de sahip olduğu ek boyutlara dayanıyor. Blu-ray diskler 128 GB veri saklayabilirken, 5D cam disk tam 3,000 katını, yani 360 TB veri depolayabiliyor.
Camın sahip olduğu fiziksel özellikler, 5D belleği kırılma ve ısının yanı sıra kimyasal maddelere karşı da korunaklı kılıyor. Araştırmacılara göre cam disk geçici olarak 1,000 derece ısıya bile dayanabilir.
Sadece metin belgesi yerleştirdiğimizi düşünürsek, insanlığın dijitale aktarılmış tüm tarihini bir cam diske sığdırabileceğimizi düşünebiliriz. Bu şekilde, ‘Dünya dosyasını’ bir yere kaldırıp sonsuzluğa kadar saklamak ve en azından geçmişimizi güvenceye almak konusunda derin bir nefes alabiliriz.
Yakın gelecekteki kullanımları arasında ise sayısız opsiyon mevcut. Müze ve galerilerdeki eserlerin kopyalarının saklanması; finans, telekomünikasyon ve askeri verilerin arşivlenmesi ve korunması ilk akla gelen kullanım şekilleri. Ancak 5D optik belleklerin ticari bir ürün haline gelmesi için henüz uzun bir süre var. Patel, ‘konsept ve ürün geliştirme için hazır olduklarını’ söylese de cam diskleri okuyacak bir cihaz henüz yok.
Patel, teknolojinin nasıl kullanılacağı konusunda geniş açılı bir görüş öne sürüyor. “Binlerce yılda ne olacağını kimse bilemez… Ancak insan ırkının kültürünü, dilini ve özünü bir cam parçası üzerine yazabileceğimizi biliyoruz. Bunu gelecekteki medeniyetler veya orada olacaklar için yapıyoruz.”
İnsanlığın bilgi depolama konusundaki arzusunu anlamak güç değil. Bugün bir ormanın ortasına atsak yolunu bulacak veya ateş yakabilecek kaç kişi var? Ve bir kıyamet senaryosunda motor ve roket üretebilecek seviyeye gelmek, hazır bilgi olmadan nasıl mümkün olacak? Kısaca, insanlık kritik bilginin her zaman güvenli ve erişilebilir bir yerde bulunmasına ihtiyaç duyacak. Bir kıyamet senaryosu veya başka bir durumda olsun, veri artık insanlık için en paha biçilmez kaynak durumunda.
Hitachi, 2012’de yaptığı açıklamayla uzun süreli veri saklama konusunda ilk önemli adımı atmıştı. 2,000 dereceye dayanabilen kuvars camın 100 milyon yıl veri saklayabileceği belirtilmişti.
Organik alanda yapılan bir diğer yeni araştırmada ise Avrupalı bilim insanları DNA üzerine 300 milyar GB veri depolayabileceklerini öne sürmüştü.
Gelecekte nasıl bir teknolojiye sahip olacağız bilinmez ama Johhny Mnemonic fazlasıyla kıskanırdı orası kesin.