Neuartige Speichertechnologien Skalierung von DNA-basierter Datenspeicherung

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Das belgische Forschungsinstitut Imec und Atlas Data Storage, ein Spezialist für die Speicherung von DNA-Daten im Produktionsmaßstab, haben sich zusammengeschlossen, um die Entwicklung der digitalen Datenspeicherung mit synthetischer DNA voranzutreiben.

Imec und Atlas wollen DNA-Datenspeicherung für hohe Durchsätze skalieren. Die Partner kombinieren DNA-Synthese, ASIC-Design und 300-mm-Chipfertigung, um einen skalierbaren Ansatz für langfristige, hochdichte Datenspeicherung zu entwickeln.

Der wachsende Datenbedarf, nicht zuletzt durch KI-Anwendungen, erhöht den Druck auf bestehende Speicherinfrastrukturen. Vor diesem Hintergrund haben Imec und Atlas Data Storage eine strategische Partnerschaft angekündigt, um die Entwicklung DNA-basierter Datenspeicherung voranzubringen.

Die Zusammenarbeit verbindet die ASIC- und Syntheseexpertise von Atlas mit Imecs Know-how in Chipentwicklung, Fertigung und Integration. Neben der technischen Zusammenarbeit umfasst die Vereinbarung auch eine Beteiligung von Imec an Atlas.

DNA-Datenspeicherung gilt als Ansatz für Archivspeicher mit sehr hoher Dichte und langer Haltbarkeit. Im Vergleich zu magnetischen Speichermedien wie Band und Festplatte verspricht sie einen geringeren Platzbedarf sowie einen niedrigeren Energie- und Wartungsaufwand über lange Zeiträume.

Ein häufig genannter Vorteil ist die potenzielle Speicherdichte: In einem Gramm DNA könnten theoretisch bis zu Hunderte Petabyte digitaler Daten codiert werden. Hinzu kommt, dass korrekt verkapselte DNA über sehr lange Zeit stabil bleiben kann, ohne dass regelmäßige Datenmigrationen auf neue Medien erforderlich sind.

DNA-Synthese auf Silizium skalieren

Im Zentrum der aktuellen Entwicklung steht ein von Atlas entworfener Steuerungs-ASIC, auf dem das Imec eine hochdichte nanoskalige Anordnung elektrochemischer Zellen mitentwickelt und monolithisch gefertigt hat. Der Chip soll Millionen einzelner Syntheseorte koordinieren und damit den Durchsatz der DNA-Synthese deutlich erhöhen.

Genau dieser Durchsatz gilt als zentrale Hürde für die wirtschaftliche Nutzung der Technologie. Nach Angaben der Partner muss die Synthese gegenüber heutigen Verfahren um mehrere Größenordnungen skaliert werden, damit DNA-basierte Datenspeicherung im industriellen Maßstab realistisch wird.

Für diese Skalierung setzt das Projekt auf CMOS-Technologie und die 300-mm-Siliziumplattform von Imec. Der Ansatz zielt darauf, die Integrationsdichte klassischer Halbleiterprozesse für ein biochemisches Speicherkonzept nutzbar zu machen.

Fertigungsfragen und strategischer Rahmen

Zu den technischen Herausforderungen zählen laut Imec unter anderem das Ätzen platinbasierter Strukturen in sehr kleinen Dimensionen sowie die Reduktion von Leckströmen zwischen benachbarten Bauelementen. Dafür wurde ein kundenspezifischer Prozessablauf entwickelt, der elektrische Isolation und einen stabilen Betrieb über das gesamte dichte Array sicherstellen soll.

Auch die Lieferkette ist Teil des Projekts: IC-Link von Imec übernimmt das Sourcing kundenspezifischer Wafer von Atlas für die weitere Nachbearbeitung in der Imec-Linie. Damit adressieren die Partner nicht nur die Bauelemententwicklung, sondern auch Fragen der Überführung in belastbare Fertigungsabläufe.

Über die technische Ebene hinaus ist die Kooperation als langfristige Entwicklungs- und Investitionspartnerschaft angelegt. Atlas soll dabei Zugang zu Imecs F&E-Infrastruktur, Nanofabrikationsprozessen sowie zum Partner- und Investorenökosystem des Forschungsinstituts erhalten.(sg)

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