DNA電腦：可解著名函數(shù)難題，靠再生提高運(yùn)算能力

當(dāng)IT人士還在為選電子書還是紙質(zhì)書爭(zhēng)論不休時(shí)，生物工程學(xué)專家已開始將科研的觸角伸至更新的領(lǐng)域：打造生物DNA電腦。

IBM公司近日還宣布，準(zhǔn)備利用DNA開發(fā)下一代微處理芯片。這種名為DNA origami的芯片，在人工DNA納米結(jié)構(gòu)的廉價(jià)架構(gòu)上，制造微處理芯片。這是半導(dǎo)體行業(yè)中利用生物分子處理數(shù)據(jù)的首個(gè)例證。

芯片速度快 成本低

IBM 公司表示，新一代的芯片具有強(qiáng)大的功能、更快速、更節(jié)能，而且比較容易制造。這將主要得益于DNA技術(shù)和納米技術(shù)的結(jié)合，兩者結(jié)合后的效果非常振奮人心，因?yàn)镈NA分子可作為棚架，其作用就像是“腳手架”，能自動(dòng)分揀出數(shù)百萬的碳納米管，然后通過黏合的方式對(duì)其進(jìn)行既定組合。從理論上來說，只要使用納米管、納米粒子或硅納米線，這一技術(shù)就可以在傳統(tǒng)半導(dǎo)體制造方面得到大規(guī)模應(yīng)用。此外，IBM和加州理工學(xué)院表示，這一技術(shù)可以跨越22納米技術(shù)的障礙，成功縮小電路板的面積。只要使用DNA處理方式，未來芯片的速度就會(huì)大有提高，同時(shí)其功耗、生產(chǎn)成本都會(huì)大幅縮小。

“這是首次在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中使用生物分子技術(shù)。我們的研究成果表明，DNA等生物結(jié)構(gòu)可以提供某種可繁殖的樣式，這可以應(yīng)用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。新的設(shè)計(jì)思路和技術(shù)將有效平衡芯片的性價(jià)比，同時(shí)緩解了改善芯片性能的限制因素，并推動(dòng)整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?！?strong>IBM研究所主管斯派克·拉亞恩在一份聲明中指出，若DNA origami芯片達(dá)到量產(chǎn)級(jí)別，那么制造商完全可以摒棄上億美元的復(fù)雜制造工具，轉(zhuǎn)而使用基于DNA解決方案的設(shè)備，價(jià)格可能還不到一百萬美元。不過拉亞恩也坦言，至少還需要10年的試驗(yàn)和測(cè)試。

電腦解函數(shù) 可再生

在近期的《生物工程學(xué)》雜志上，科學(xué)家宣布成功造成一種細(xì)菌DNA電腦，并用電腦解決了著名的哈密爾頓路線函數(shù)。

哈密爾頓路線函數(shù)是經(jīng)典的數(shù)學(xué)函數(shù)。舉例來說，假如一名游客希望巡游英國(guó)的10個(gè)大城市，他可以選擇其中的一條最佳線路，這條線路能夠使他每個(gè)城市都去，并只去一次。而哈密爾頓路線函數(shù)就是通過計(jì)算，找到最佳路線。

這個(gè)函數(shù)即使對(duì)電腦而言，也是非常復(fù)雜的一種計(jì)算，需要在350多萬種不同路線中選出。傳統(tǒng)的電腦一次試一種路線，需要試350多萬次才能找到最佳路線，而DNA電腦則可以在一個(gè)時(shí)間同時(shí)試多種路線，很快找出最佳路線。

這意味著，傳統(tǒng)的硅材料電腦一個(gè)時(shí)刻只能計(jì)算一個(gè)進(jìn)程，但DNA材料的電腦一個(gè)時(shí)刻可以計(jì)算多個(gè)進(jìn)程。此外，隨著使用時(shí)間增加，硅材料電腦由于老化而速度減慢，DNA電腦則能通過再生提高電腦的運(yùn)算能力。

此外，為DNA電腦編程不是件容易的事，但科學(xué)家們也摸索出一些可行的簡(jiǎn)化模式。仍以上述數(shù)學(xué)題為例，科學(xué)家通過改變大腸桿菌的DNA來建立3個(gè)“城市”，這3個(gè)DNA“城市”分別用不同的基因組合來表示，而不同組合則可以讓細(xì)菌發(fā)出紅光或綠光。DNA隨機(jī)組合，形成多個(gè)線路，一旦最佳線路出現(xiàn)，細(xì)菌就會(huì)同時(shí)發(fā)綠色光和紅色光，從而在視覺上形成黃色光，提醒正確線路已找到。

上述實(shí)驗(yàn)完成后，科學(xué)家還會(huì)用DNA序列來檢驗(yàn)細(xì)菌給出的正確答案。按此原理，更復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題，也能解決。