השכחה של
התקני הזיכרון

אחסון זיכרונות מאפשר לנו לשמור מידע באמצעי חיצוני, כך שיישאר נגיש לשליפה ולשימוש עתידיים. בני האדם אוגרים כך זיכרונות עוד מראשית ההיסטוריה, אם לא קודם לכן: החל מתחריטים באבן ובחרס, עבור בספרים ובמגילות בכתב יד ובארכיונים מלאי מידע מודפס, וכלה בסרטונים רועדים ומטושטשים מהופעות שספק אם נצפה בהם שנית אי פעם.

כל שמירת זיכרון מבוססת על האפשרות לקרוא את המידע ולפענח אותו מחדש בעתיד. אולם בדומה לנייר שדוהה ולחרס שמתפורר, גם להתקנים שמאחסנים זיכרונות דיגיטליים יש תוחלת חיים. החומרה שמשמרת זיכרון דיגיטלי אינה נצחית, והיכולת לקרוא ממנה את המידע מוגבלת בזמן. 

זיכרון דיגיטלי נשמר בדרך כלל בצורה בינארית, ובמילים אחרות, המידע שנשמר מוצג כאוסף של אפסים ואחדות. בתהליך שמירת המידע, התוכן מומר לשפה עם שתי אותיות בלבד, המכונות בּיטים – 0 ו-1 – ולפני קריאת המידע, התוכן הבינארי מומר בחזרה לפורמט המתאים: תמונות, טקסטים וכן הלאה. על מנת לשמור תוכן בצורה דיגיטלית, צריכים להיות להתקן האחסון שני מצבים מובחנים ויציבים, שמייצגים את האפסים והאחדות.

הביטים 0 ו-1 משמשים לתרגום מידע, קבצים, תמונות ושמע לשפה שאפשר לשמור על גבי חומרה. קוד בינארי נראה דרך זכוכית מגדלת | kilukilu, Shutterstock

לכל חומר(ה) סכנות אחרות

מכירים את סימן השמירה בתוכנות אופיס? זהו ציור של תקליטון (דיסקט) – התקן אחסון שמבוסס על חומר מגנטי. לחומר מגנטי יש כיווניות, שמוגדרת על ידי כיוון הקטבים שלו. החומר המגנטי שבדיסקט מורכב מאזורים קטנים, שכל אחד מהם הוא יחידה מגנטית. המגנטיות בכל היחידה יכולה לקבל אחד משני כיוונים אפשריים; מתוכם, כיוון אחד מסמל 0 והאחר מסמל 1. כתיבה של מידע בפורמט כזה נעשית בעזרת הפעלה של שדה מגנטי, שמסובב את הכיווניות המגנטית של יחידה לכיוון שמסמל 0 או לכיוון שמסמל 1. 

הדיסקטים, ששימשו אמצעי אחסון פופולרי בשנות ה-80 וה-90, יכולים לאחסן מידע בצורה יציבה לאורך שנים ואפילו עשרות שנים, אם החומר איכותי ונמצא בתנאי סביבה מתאימים. אולם תנאי סביבה מאתגרים יותר, כמו חום או לחות גבוהים, עלולים לשבש את המידע שנשמר. חום עלול לשנות את כיוון המגנטיות, וכך יֹאבַד המידע המקורי: כאשר נחזור לקרוא את תוכן התקליטון וניתקל ביחידה שהסימון בה השתנה, או שאינו מתאים ל-0 או 1, נקבל תוכן שגוי ומידע פגום.

תקליטורים (שמכונים לעיתים "דיסקים") מבוססים על טכנולוגיה אופטית. כשהמידע נשמר עליהם, משמשים שקעים במשטח לייצוג הביטים 0 ו-1. הקריאה נעשית באמצעות קרן לייזר, שעוברת על התקליטור ומוחזרת בזווית אחת אם פגעה בשקע, ואחרת אם פגעה במישור. ההבדל בקריאת הלייזר של שקע לעומת מישור מאפשר הבחנה בין 0 ל-1. אולם גם התקליטור אינו חסין פגיעות: מלבד שריטות פיזיות, שיכולות לשבש את אזורי הקריאה, החומרים שמצפים את הדיסק עלולים לעבור שלל תמורות כימיות, ואלה הורסות את התקליטור והופכות את המידע בלתי קריא. 

בזיכרון הֶבְזֵק (flash memory, כמו כונן USB) משמשים טרנזיסטורים לייצוג האפסים והאחדות. טרנזיסטור שמוליך זרם חשמלי משמעו 1, וטרנזיסטור שאינו מוליך משמעו 0. אולם, כפי שאפשר לנחש בשלב הזה של הכתבה, גם שימור יכולת ההולכה או אי-ההולכה לאורך זמן אינו ודאי. חום, וגם כתיבה וקריאה מרובות, עלולים לשבש את אופי ההולכה של הטרנזיסטור, וכך היחידה תאבד את הערך המקורי שנכתב בה.

כל חומר פיזי שמשמר מידע מוּעָד לכשלים ולשחיקה בהתאם לשימוש, לתנאי האחסון ולזמן שעבר מאז שמירת המידע. התהליך מכונה "דעיכת זיכרון" או "ריקבון זיכרון" (Data Rot). מומלץ לגבות מחדש אחת לכמה שנים את המידע שחשוב לנו, ולהעתיק אותו שוב ושוב להתקני זיכרון חדשים יותר. 

אפילו המידע שאנחנו שומרים בשרתי "ענן" נשמר בשרתים מרוחקים על גבי כוננים פיזיים, שם החברה שמתפעלת את הענן דואגת לאחזקה ולגיבוי השוטפים של הזיכרון. בעצם, איש לא עָרֵב לשלמות הזיכרונות – אומנם גם נותני השירות עצמם מבטיחים עמידות, אך מקפידים לסייג את הדברים בניסוחים כמו "המוצרים מתוכננים כך שיספקו עמידות של 99.999999999 אחוזים מהמידע לאורך שנה אחת" לגבי המידע שנשמר אצלם.

כל התקני הזיכרון מועדים לכשלים ולשחיקה. משמאל לימין: תקליטון, תקליטור, החסן נייד | Mattia Riccadonna, Shutterstock

זיכרון זה בגנים שלנו

בשנים האחרונות הצליחו מדענים לקרוא ולפענח מידע שנשמר ואוחסן במשך כ-5000 שנים, מידע בן 50,000 שנים, ואפילו מידע מלפני מאות אלפי שנים. המידע, שאוחסן לאורך השנים בתנאים מתאימים, שרד הודות לאמצעי הייחודי שבו נשמר: מולקולות DNA. שרידי אדם ובעלי חיים, שנמצאו בעשורים האחרונים אחרי שהשתמרו היטב בקרח, מאפשרים לחוקרים לנבור בעבר בעזרת קריאה בשרידי ה-DNA שלהם. 

הפיזיקאי ריצ׳רד פיינמן (Feynman) העלה את הרעיון להשתמש במולקולות DNA לאחסון מידע בנאום שנשא בסוף שנות ה-50 של המאה הקודמת. ואכן, כיום עומד ה-DNA במרכז שלל מחקרים מודרניים על התקני זיכרון חדשניים. מולקולת ה-DNA מורכבת מארבע יחידות בניין, או בסיסים, שמסומנות באותיות A, C, G ו-T. המידע הגנטי ב-DNA, ה"טקסט" של הגנום, מורכב ממילים שבנויות מארבע האותיות האלה. בדומה למידע שנשמר בקוד בינארי, עם האותיות 0 ו-1 לבדן, ב-DNA נשמר המידע הגנטי בארבע אותיות בלבד. פיינמן כיוון לתכונה נוספת שייחודית ל-DNA: אחסון של הררי מידע בתוך שטח זעיר. ה-DNA האנושי מכיל מיליארדי בסיסים במיקרומטרים בודדים. 

ב-1988 קודד האמן ג'ו דיוויס (Davis), בשיתוף בית הספר לרפואה באוניברסיטת הרווארד, תמונה פשוטה כרצף DNA. מאז חלה התקדמות, ובשנת 2012 הצליחו חוקרים מאוניברסיטת הרווארד לקודד באמצעות DNA ספר שאורכו כ-50,000 מילים. בשנים שחלפו מאז נשמר ב-DNA אחד הסרטים הראשונים שצולמו, אלבומי מוזיקה, וגם כל התוכן של ויקיפדיה.

DNA כהתקן זיכרון מודרני יכול לאחסן הררי מידע. כמויות עצומות של תוכן דיגיטלי נשמרות בתוך גדיל DNA |  מקור: metamorworks, Shutterstock

דרך ארוכה אך מבטיחה

הדרך לשימוש יישומי ב-DNA כאמצעי אחסון עוד ארוכה. תהליכים כמו קריאה, כתיבה ותיקון שגיאות צריכים להיות יציבים – מבחינת אמינות, מבחינת משך הזמן שנדרש להם, וגם מבחינת העלות של כל אחת מהפעולות האלה. למרבה המזל, הטכנולוגיות סביב DNA מתפתחות תדיר באופן בלתי תלוי עבור מחקרים ביולוגיים. למשל, ייצור עותקים של אותו מקטע DNA בטכנולוגיית PCR, פעולה שמקבילה להעתקת זיכרון, וקריאת התוכן של המולקולה בתהליך שנקרא ריצוף, שבעצמה מקבילה לקריאת הזיכרון. קושי מרכזי הוא כתיבת רצפי DNA, המקבילה של כתיבת תוכן שהיינו רוצים לשמר. מעבדות ברחבי העולם, וגם כאן בישראל, עמלות על פתרון לאתגר הזה. כדי להתאים את ה-DNA לשמירת מידע צריך ליצור אלגוריתמים ייחודיים, ולהוזיל משמעותית את הפעולות הכרוכות בעיבוד DNA.

אם הרעיון הזה יגיע לידי מימוש טכנולוגי, הוא יוכל לפתור עוד בעיות מלבד יציבות הזיכרון. בעוד שהתקליטון והתקליטור מצאו את עצמם בבוידעם, ודרישות האחסון המשתנות מחייבות החלפה של הטכנולוגיה ושל כל הפרוטוקלים הנלווים אליה מדי כמה שנים, DNA יכול לשמש אמצעי אחסון אוניברסלי. יתרה מזאת, המולקולה המתכלה היא פתרון בר-קיימא בהרבה בהשוואה לאמצעי הזיכרון האלקטרוניים שמשמשים אותנו כעת.