[슫스레터] 나야~ DNA🧬! 데이터 저장계의 스몰 거인

1천 달러 DNA 카드, 구매하실 겁니까?

2024. 11. 18.

님, 안녕하세요? 서두석 프로예요🙋‍♂️. 오늘은 간단하게 몸풀기 퀴즈로 시작해 볼게요. 아래 사진 속 'BIOMEMORY'라 적힌 물건의 정체는 무엇일까요? 카드사에서 새로 출시한 전자식 카드? 아니면 자동차 키? 뭔지 예상이 되시나요?

<출처: Biomemory>

정답은... 바로 1KB 용량의 데이터를 저장할 수 있는 DNA 저장 카드예요🧐. 프랑스 스타트업 바이오메모리는 위의 DNA 저장 카드를 작년 12월 세계 최초로 출시하여 판매 중인데요. 미래에는 저 카드보다 더 작은 공간에 엄청난 양의 데이터를 넣을 수 있는 DNA 저장 기술에 대해 알아 볼게요🔍

• 숨만 쉬어도 데이터가 쌓이는 놀라운 세상👀
• 작은데 커요, 스몰 거인 DNA🧬

• 안녕!🙋‍♀️ 난 DNA에서 온 HELLO야!

• 1천 달러 DNA 카드💰, 구매하실 겁니까?

• 우리도 만만치 않아!

숨만 쉬어도 데이터가 쌓이는 놀라운 세상👀

우리는 오래전부터 정보를 저장하기 위해 다양한 방법을 사용했어요. 동굴 벽에 그림을 그리고, 돌판에 글을 새기던 시절을 지나 양피지와 종이가 등장하면서 수많은 책이 탄생했죠. 그리고 마그네틱 테이프와 플로피 디스크, 하드디스크와 CD 같은 저장 장치들이 등장하며 데이터 저장 방식에 혁신이 일어났어요. 이제는 고속 반도체와 클라우드로 손쉽게 정보를 저장하지만, 데이터양이 폭발적으로 증가하면서 거대한 데이터 센터조차 공간과 에너지의 한계에 부딪히고 있어요.

전 세계적으로 매일 만들어내는 데이터양은 상상할 수 없을 만큼 많아요. 하루에 약 2.5 엑사바이트(Exabyte)의 데이터가 생성되고 있다는😱. 어느 정도냐면, 매일 2,500만 개의 1TB 하드 드라이브가 필요한 양이에요. 그래서 더 작고, 더 효율적이며, 영구적인 저장 방식을 찾기 시작하면서 ‘생명체의 설계도’인 DNA로 돌아온 것이죠.

부모와 붕어빵처럼 닮은 아이를 보면 ‘역시 DNA는 속일 수 없어~’ 이런 말 종종 하죠? DNA는 모든 생물체의 유전 정보를 담고 있는 특별한 분자인데요. 사람의 DNA는 이중 나선 구조로, 아데닌(A), 구아닌(G), 사이토신(C), 티민(T)이라는 네 가지 염기로 이루어져 있어요.

과학자들은 DNA가 정보를 저장하는 데 아주 뛰어난 잠재력이 있음을 발견했어요. 염기들을 마치 컴퓨터의 0과 1처럼 정보를 기록하는 데 사용할 수 있는 건데요. A를 00, T를 01, C를 10, G를 11로 표현할 수 있죠. 이 방법으로 DNA가 데이터를 저장하는 데 활용될 수 있는 거예요. 아래 그림으로 이해해 볼까요?

① 파일의 이진(0과 1의 형태) 코드화
② 이진 코드를 DNA 염기 서열(A, G, C, T)로 변경
③ DNA 서열 합성
④ DNA를 시험관이나 실리카 입자와 같은 형태로 보관
⑤ 데이터 추출
⑥ DNA 서열 해독 및 이진 코드로 변환

작은데 커요, 스몰 거인 DNA!🧬

DNA 저장 기술의 강점 중 하나는 정말 작은 공간에 엄청나게 많은 데이터를 저장할 수 있다는 거에요. 이론적으로 1그램의 DNA에 약 215 페타바이트의 데이터를 저장할 수 있는데, 고화질 영화 3,600만 편을 담을 수 있는 엄청난 용량이에요. 그렇다면 앞으로 거대한 데이터 센터를 대체할 가능성도 있겠죠! 또 DNA는 매우 오랜 기간 안정적으로 데이터를 보관할 수 있어요. 예를 들어, 수천 년 된 유물에서도 여전히 분석 가능한 DNA가 남아 있는 걸 보면, 그 안정성은 정말 대단하다고 할 수 있죠👍.

안녕!🙋 난 DNA에서 온 HELLO야!

2019년, 마이크로소프트는 워싱턴대와 함께 합성 DNA에 디지털 정보를 저장했다가 다시 읽을 수 있는 자동 장치 개발 성과를 국제 학술지 '사이언티픽 리포트'에 발표했어요. 연구진이 외부 조작 없이 영문 'HELLO'를 DNA에 저장했다가 불러오는 데 성공한 건데요. DNA에 정보를 저장하는 기술은 수차례 개발됐지만 정보 저장과 해독을 자동화한 것은 최초였어요. 이후로도 마이크로소프트는 2030년까지 DNA 저장 기술의 상용화를 목표로 지속적으로 투자하고 있어요.

IBM, 구글, 아마존 등 빅테크 기업들도 DNA 기술에 큰 매력을 느끼고 있어요. 이들은 특히 클라우드 서비스의 미래로 DNA 저장 기술을 고려하고 있는데요, AI 시대 가장 큰 난제는 수많은 데이터를 어떻게 저장할 것인지예요. 그래서 빅테크 기업들은 에너지 효율성이 뛰어나며, 냉각 시스템이 필요 없는 차세대 데이터 센터로 DNA 저장 기술을 주목하고 있는 거죠.

국내는 서울대 권성훈 교수 연구팀이 DNA 합성 과정에서 발생하는 문제들을 해결하기 위한 연구를 진행했어요. DNA를 합성할 때 생기는 데이터 오류, 저장 밀도 저하, 정보 손실 같은 문제들을 해결하는 것이 목표였죠. 연구팀은 DNA 합성 시 길거나 짧게 만들어지는 조각들을 정제하여 매우 순수한 DNA 조각을 만드는 방법을 개발했고, 이를 네이처지에 발표하기도 했어요.

1천 달러 DNA 카드💰, 구매하실 겁니까?

DNA 저장 기술은 높은 저장 밀도와 장기 보존성 등 여러 장점이 있지만, 아직 해결해야 할 과제들도 많아요. 가장 큰 문제는 비용💰! 현재 DNA 합성과 분석 과정은 매우 비싼데요, 1메가바이트의 데이터를 DNA에 저장하는 데 약 3,500달러가 소요된다고 해요. 실제로 앞서 소개한 바이오메모리(Biomemory) 기업은 1KB의 데이터를 저장할 수 있는 DNA 카드를 두 개 묶음으로 1,000달러에 판매하고 있어요. 뿐만 아니라 데이터의 읽기 및 쓰기 속도도 기존 저장 매체에 비해 매우 느려요😭. 이러한 문제들을 해결하기 위해 연구자들은 DNA 합성 기술의 개선과 자동화 시스템의 도입을 추진하고 있어요.

✅ 미국의 Twist Bioscience는 합성 비용을 절감하고 효율성을 높이기 위해 자동화된 합성 시스템을 개발 중인데요. 나노 스케일에서 DNA를 합성하여, 더 저렴한 비용으로 대량의 DNA를 제작하는 기술을 발전시키고 있죠.

✅영국의 Catalog Technologies는 데이터를 더 빠르게 저장할 수 있는 새로운 DNA 기록 시스템을 개발 중이에요. 데이터를 DNA에 병렬로 기록하는 방식으로, 기존보다 훨씬 빠른 속도로 데이터를 DNA에 저장할 수 있게 해줘요. 이런 기술 덕분에 비용 절감뿐만 아니라 속도 문제도 함께 해결될 가능성이 커지고 있어요.

그렇다면 DNA 저장 기술이 미래의 답이다? 이건 아직 잘 몰라요. 여전히 많은 도전 과제가 남아있고, 현재 DNA에 버금가는 다른 기술들 역시 앞다퉈 달려 나가는 중이거든요🏃🏻.

DNA, 인정은 하는데 우리도 만만치 않아!

▶️ 광 저장 기술: 광범위한 응용 가능성
레이저⚡️를 사용해 디스크에 데이터를 기록하는 방식으로, 기존 블루레이 디스크나 DVD보다 훨씬 높은 밀도로 데이터를 저장할 수 있어요. 특히 소니와 파나소닉은 기존 블루레이 기술을 확장하여 최대 1TB까지 저장할 수 있는 '압축 디스크(Archival Disc)'를 개발했어요. 이는 데이터 센터와 클라우드 스토리지 같은 대규모 데이터 저장소에서 적극 활용되고 있죠. 광 저장 기술의 장점 중 하나는 높은 데이터 안정성이에요. 일반적인 디스크는 방사선이나 전자기파에 민감하지 않아, 장기간 데이터 보존이 필요할 때 매우 유용해요. 광디스크의 수명이 50년에서 100년에 이르기 때문에, 데이터를 다른 저장 장치로 옮겨야 하는 번거로움을 줄일 수 있어요.

물론 몇 가지 한계도 있어요. 현재 대부분 광 저장 장치는 WORM(Write Once, Read Many) 방식으로 한 번 데이터를 쓰면 수정이 불가능해요. 즉 일회성 데이터 저장에는 유리하지만, 자주 업데이트가 필요한 데이터에는 적합하지 않다는 의미죠. 또 다른 문제는 빛이 휘어지거나 퍼지는 현상으로 고밀도로 빛을 모아 기록하기가 어려워, 예상보다 저장 용량이 제한적일 수 있어요. 물론 이를 극복하기 위한 연구가 계속되고 있지만, 조속히 해결돼야만 DNA 저장 기술의 확실한 대안으로 자리 잡을 수 있을 거예요.

▶️ 뉴로모픽 메모리: 인간의 뇌 구조와 신경망을 모방하여 데이터 처리
뉴로모픽 컴퓨팅은 기존의 CPU와 메모리가 직렬로 연결된 구조에서 벗어나, 뇌의 시냅스처럼 데이터를 병렬로 처리해요. 그럼 기존 메모리와는 다른 방식의 연산을 가능하게 하죠. 그래서 저전력 소모와 실시간 학습이 요구되는 AI 응용 프로그램에 적합해요.

사람 뇌에는 약 100조 개의 뉴런이 서로 연결되어 있어요. 이 연결을 메모리로 구현하려면, 메모리의 집적도를 극대화하는 기술이 필요해요. 만약 이 기술이 실현e된다면, 초거대 AI 모델도 원활하게 작동할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 반도체가 아닌 AI에 최적화된 방식으로 개발되어 컴퓨팅의 새로운 시대를 열 수 있을 거예요. 그래서 뉴로모픽 메모리는 아직 초기 단계이지만, 기존 컴퓨팅의 한계를 넘을 수 있는 중요한 기술로 주목을 받고 있답니다. 삼성전자를 포함한 여러 기업이 뉴로모픽 메모리의 연구와 개발을 진행하고 있다는 사실!

<인공지능 반도체의 차세대 기술로서 주목받는 뉴로모픽 / 출처: 과학기술정보통신부>

나야~ DNA! 이제 기억해 줄 거지?!

AI 전쟁은 이미 시작됐어요. 글로벌 생성형 AI 시장은 매년 32%씩 성장하며, 2031년에는 1265억 달러(약 175조 원) 규모에 이를 거란 예상이에요. 하지만 한정된 공간과 비용으로 인해 데이터 센터를 무한정 늘릴 수는 없어요😣.

"DNA가 제일 좋아하는 술은? 진(Gin)이야"

그래서 미래의 데이터 저장 계 게임 체인저로 DNA 저장 기술이 주목받고 있는 거예요. 환경과 효율성, 그리고 지속 가능성을 고려할 때, DNA 저장 기술은 우리 생활에 엄청난 변화를 불러올 ‘스몰 거인’이 될 거예요! 우리가 가진 디지털 정보들이 마치 살아 있는 생명체처럼 작은 DNA 분자 속에 안전하게 보관되는 모습을 상상해 보세요. 미니미 DNA가 미래의 모든 데이터를 품고 있는 거대한 금고가 될 날이 머지않았습니다. 🚀

📌오늘의 이야기 간단정리!

· DNA 1그램에 약 215 페타바이트의 데이터를 저장할 수 있어, 빅테크 기업들은DNA 저장 기술을 클라우드 서비스의 미래로 보고 주목하고 있다.

· DNA 저장 기술뿐만 아니라 광 저장 기술, 뉴로모픽 메모리 등 좀 더 효율적으로데이터를 저장하기 위한 다양한 방식이 연구 개발 중이다.

이번 호는 어떠셨나요? 슫몰토크 피드백에서 자간에 대한 조정과 주요 내용에는 강조 표시해주기 등 다양한 의견들이 있어서 한 번 반영해 보았어요.😋 이외에도 슫스레터가 좀 더 개선되었으면 하는 부분이나 저희 3명의 멘토들에게 개인적으로 말하고 싶은 이야기가 있다면 편하게 피드백 남겨주세요.😉 님의 소중한 시간을 내어 피드백을 남겨주신 분들께는 추첨을 통해 감사의 마음을 담은 선물을 드려요!

🎁 선물 : [스타벅스] 부드러운 디저트 세트(HOT) (10명)
📌 이벤트 기간 : 11/18(월) ~ 11/24(일)
📌 당첨자 발표 : 11/27(수)

좋았어요😇

아쉬워요😐