冷冻电镜成像三维重构的粗粒度流式体系结构研究

在生物信息学和医疗成像处理中产生的大量数据需要构建更加高效的特定的应用系统来处理。由于FPGA技术的发展,目前已经重新开始研究针对标准计算机体系结构的专用加速器。

中国科学院计算技术研究所孙凝晖研究员领导的研究小组利用趋势开始了基于FPGA的加速器的设计,并且提供了一个概念验证和一个基于FPGA加速器设计,在单精度浮点格式下的单粒子三维重构应用的综合案例。该体系结构的构建,首先是通过卸载计算密集型的软件内核中强调优化计算为主的数据访问模式的专用硬件模块。然后,通过安排硬件模块和旁路通道,形成一个线性的深管来构建可配置的计算流。该体系结构的效率是一个四核CPU2.54倍。在功率效率方面,基于FPGA的加速器,比四核CPU提高了7.33倍,比最新的GPU设备提高了3.4倍。

参考文献:

A Coarse-grained Stream Architecture for Cryo-electron Microscopy Images 3D Reconstruction.Wendi Wang,et al.Proceedings of the ACM/SIGDA international symposium on Field Programmable Gate Arrays(FPGA)2012

作者简介:

孙凝晖:中国科学院计算技术研究所研究员,所长。主要从事计算机体系结构方面研究。孙凝晖研究员先后参加并领导了曙光一号并行计算机,曙光1000大规模并行机、曙光2000-I、曙光2000-II超级服务器等高性能计算机的研制。

张佩珩:中国科学院计算技术研究所正高工。清华973国家重点基础研究发展计划项目《基于新一代测序的生物信息学理论与方法》第二课题组负责人。主要从事高性能计算机硬件系统的研究,研究方向包括大规模并行计算机体系结构、可重构计算技术、硬件系统逻辑设计的应用开发等。

谭光明,中国科学院计算技术研究所副研究员。清华973国家重点基础研究发展计划项目《基于新一代测序的生物信息学理论与方法》第二课题组学术骨干。主要研究方向为并行算法、编程与体系结构,负责计算机体系结构国家重点实验室和曙光团队的并行算法小组的研究工作。