CAREER: System Support for Scalable, Fast, and Power-Efficient Genome Sequencing

职业:对可扩展、快速且节能的基因组测序的系统支持

基本信息

  • 批准号:
    2143120
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 52.95万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-01-15 至 2026-12-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Genome sequencing is the key to enhancing public health, optimizing personality medicine, and facilitating viral surveillance. However, the current genome sequencing pipeline lacks full-stack system support and consumes tens or even hundreds of CPU hours, causing delays in treatment, patient deterioration, or even mortality. This project integrates four synergistic research tasks to enable scalable, fast, and power-efficient genome sequencing: (1) This project will create a benchmark suite to identify the performance/power bottlenecks in the pipeline; (2) This project presents a scalable algorithm for the most time-consuming Seed-and-Extension operations in the genome sequencing pipeline; (3) This project will design an ultra-low power processing-in-memory architecture for accelerating intensive operators in the genome sequencing pipeline; (4) This project will develop an automated compilation framework to deploy the genome sequencing pipeline to a CPU/accelerator heterogeneous system. The outcomes of this proposal will lower the barrier to entry for genome sequencing development, equipping the next generation of users, developers, entrepreneurs, and scientists to use genome sequencing, without help from software and hardware experts. The research will inspire future computer systems and computational biology research for specialized genome sequencing pipeline acceleration. This proposal integrates research and education including graduate and undergraduate curriculum development and research mentoring, a high school intern program to enable early learners to use genome sequencing and develop an interest in STEM.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
基因组测序是加强公共卫生、优化人格医学和促进病毒监测的关键。然而,目前的基因组测序流程缺乏全栈系统支持,消耗数十甚至数百个CPU小时,导致治疗延误、患者病情恶化,甚至死亡。该项目整合了四项协同研究任务,以实现可扩展、快速且节能的基因组测序:(1)该项目将创建一个基准套件来识别管道中的性能/功耗瓶颈; (2) 该项目为基因组测序流程中最耗时的种子和延伸操作提供了一种可扩展的算法; (3)该项目将设计一种超低功耗内存处理架构,用于加速基因组测序流程中的密集算子; (4) 该项目将开发一个自动化编译框架,将基因组测序管道部署到CPU/加速器异构系统。该提案的成果将降低基因组测序开发的准入门槛,使下一代用户、开发人员、企业家和科学家能够在无需软件和硬件专家帮助的情况下使用基因组测序。该研究将激发未来计算机系统和计算生物学研究,以加速专门的基因组测序流程。该提案将研究和教育融为一体,包括研究生和本科生课程开发和研究指导、高中实习计划,使早期学习者能够使用基因组测序并培养对 STEM 的兴趣。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并被认为值得通过以下方式获得支持:使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估。

项目成果

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