En hızlı DNA bilgisayarı: Veri merkezlerinde elektriksiz bilişim dönemi

İrlanda’daki Maynooth Üniversitesi Hamilton Enstitüsü araştırmacıları, silikon tabanlı bilgisayarlara alternatif olabilecek yeni bir DNA hesaplama sistemi geliştirdi. Bir tuzlu su damlası içindeki kısa ve uzun DNA iplikçiklerinin ısı darbeleriyle etkileşime girmesine dayanan sistem, kablo, transistör veya sürekli elektrik kaynağı olmadan matematiksel işlemleri gerçekleştirebiliyor.

Dijital bilginin silikon tabanlı yapılardan farklı olarak DNA’nın dört temel genetik baz dizilimine kodlandığı yaklaşım, özellikle düşük enerji tüketimi ve yüksek veri yoğunluğu gerektiren uygulamalara odaklanıyor.

MOLEKÜLER HESAPLAMA

Sistemin çalışma prensibi, farklı uzunluktaki DNA iplikçiklerinin kontrollü biçimde eşleşmesine ve ayrılmasına dayanıyor. Isı darbeleriyle tetiklenen bu moleküler etkileşimler, belirli hesaplama adımlarını fiziksel olarak gerçekleştiriyor. Böylece işlemler, geleneksel bilgisayarlarda olduğu gibi elektrik akımıyla çalışan transistörler üzerinden değil, DNA moleküllerinin kimyasal davranışları üzerinden yürütülüyor.

 İrlanda’daki geleneksel veri merkezlerinin ülkenin toplam elektrik tüketiminin yüzde 23’üne ulaştığı bir dönemde geliştirilen sistem, hesaplama ile enerji tüketimi arasındaki ilişkiye farklı bir yaklaşım getiriyor.

TRİLYONLARCA İPLİKÇİK

Yeni mimari, tek bir sıvı damlasında trilyonlarca DNA iplikçiğinin aynı anda çalışmasına imkan veriyor. Araştırmacılar, sistemin bugüne kadar geliştirilen DNA tabanlı hesaplama düzenekleri arasında yüksek işlem kapasitesi sunduğunu belirtiyor.

Paralel biçimde gerçekleşen moleküler reaksiyonlar, aynı anda çok sayıda hesaplama adımının yürütülebilmesini sağlıyor. Bu özellik, DNA bilişiminin klasik işlemcilerden farklı olarak çok büyük sayıda moleküler işlemi tek bir ortam içinde eş zamanlı gerçekleştirebilmesine dayanıyor.

30 SANİYE

Deneylerde sistem, 10 bitlik basit toplama işlemlerini yaklaşık 30 saniyede tamamladı. Daha karmaşık görevlerde ise 34 milyona kadar sayıları içeren 100 bitlik matematiksel işlemlerin yaklaşık 14 saatte çözülebildiği bildirildi. DNA bilgisayarının dikkat çeken özelliklerinden biri de tek kullanımlık olmaması. Aynı çözelti damlası üzerinde performans kaybı olmadan 25 farklı hesaplama gerçekleştirildi.

YENİDEN KULLANIM

DNA tabanlı hesaplama sistemlerinde moleküler reaksiyonların ardından çözeltinin yeniden kullanılabilmesi, yöntemin geliştirilmesinde önemli başlıklardan biri olarak öne çıkıyor. Maynooth ekibi, aynı DNA ortamında art arda gerçekleştirilen işlemlerde hesaplama kapasitesinin korunabildiğini gösterdi.

Bu yaklaşım, Caltech gibi kurumlarda yürütülen moleküler yapay zeka ve görüntü tanıma çalışmalarında kullanılan DNA tabanlı hesaplama yöntemlerinin daha karmaşık uygulamalara taşınmasına yönelik araştırmalarla da aynı çizgide ilerliyor.

4 MİLYON AVRO

Çalışma, Avrupa İnovasyon Konseyi’nin DISCO projesi kapsamında sağladığı 4 milyon avroluk finansman desteğiyle yürütülüyor. Araştırmacılar, DNA bilgisayarlarının akıllı telefon veya kişisel bilgisayar gibi yüksek hızlı tüketici elektroniğinin yerini almasını hedeflemiyor. Bunun yerine, silikon tabanlı sistemlerin avantajlı olmadığı çok yüksek yoğunluklu veri depolama ve özel biyolojik uygulamalara odaklanılıyor.

BİYOLOJİK UYGULAMALAR

DNA’nın çok yüksek veri yoğunluğu ve uzun süreli saklama kapasitesi, bu sistemlerin büyük miktarda verinin binlerce yıl boyunca korunabileceği depolama çözümlerinde kullanılmasını mümkün kılabilecek özellikler arasında yer alıyor. Biyouyumlu moleküler yapılar, sağlık alanında da farklı kullanım senaryolarını gündeme getiriyor.

Araştırmacılar, gelecekte DNA tabanlı hesaplama sistemlerinin kan dolaşımında çalışabilen ve hücresel düzeyde belirli biyolojik işaretleri algılayabilen teşhis araçlarının geliştirilmesinde kullanılabilecek bir temel oluşturabileceğini değerlendiriyor.