ゲノム情報学アプリケーションの専用プロセッサ協調型並列処理

用于基因组信息学应用的专用处理器协作并行处理

基本信息

批准号：
13208021
负责人：
中西恒夫
金额：
$ 3.84万
依托单位：
Nara Institute of Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (C)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

平成13年度は下記の研究実績が得られた.1.ゲノム情報学アプリケーションの解析:動的計画法を使用するゲノム情報学アプリケーションは多く存在し,またその処理に多くの時間を要することがわかった.2.専用プロセッサの設計・開発:動的計画法をハードウェア的に高速処理するFPGAベースのデータフロー型専用プロセッサを設計し,シミュレーションでその性能を見積もった.アフィンギャップに対応したNeedleman-Wunsch法,Smith-Waterman法を当面の対象アプリケーションとして選択した.その結果,Pentium III1GHz搭載のPCの10倍以上の性能が期待できる反面,PCとのデータ交換のオーバーヘッドが性能向上のボトルネックとなることがわかった.動的計画法をハードウェア実装する際にもっとも簡潔な実装はシストリックアレイ型アーキテクチャを採用することであるが,その場合,動的計画法のアルゴリズム上,ほとんどの演算素子が休眠状態になる.本研究では,複雑にはなるがデータフロー型アーキテクチャを採用することにより,休眠演算素子をなくしてチップ単位面積あたりの性能を高めて高並列処理を実現している.3.専用プロセッサ協調型並列アルゴリズムの研究・開発:動的計画法を適用する大規模な配列を分割し,専用プロセッサにその処理を割り当てる分割方式を開発した.専用プロセッサについてはすでに設計は完了しているが,FPGA搭載PCIボードのPCとのインターフェース部の実装,ならびにデバイスドライバの開発が予想外に手間取り,専用プロセッサの実機での評価は完了していない.

2001财年，获得了以下研究成果： 1.基因组信息学应用分析：发现有很多基因组信息学应用使用动态规划，并且它们的处理需要花费大量时间。 2.专用的设计和开发。处理器：使用硬件进行动态规划的高速处理我们设计了一个基于FPGA的数据流型专用处理器，并通过仿真评估了其性能。我们暂时选择支持仿射间隙的Needleman-Wunsch方法和Smith-Waterman方法作为目标应用。结果，我们发现奔腾虽然性能有望达到配备III1GHz的PC的10倍以上，但发现与PC交换数据的开销是提高性能的瓶颈。这是在硬件中实现动态编程时最简单的实现。就是采用脉动数组类型的架构，但那样的话，由于动态规划算法，大部分运算元素会处于休眠状态。在本研究中，我们将采用数据流类型的架构，虽然它比较复杂通过这样做，我们可以消除休眠的操作元素。 3、专用处理器协同并行算法的研发：应用动态规划划分大数组，通过提高芯片单位面积的性能来实现高度并行处理。专用处理器的设计已经完成，但还没有实现。与配备 FPGA 的 PCI 板的 PC 的接口部分的实现以及设备驱动程序的开发花费了意外的长时间，尚未完成使用实际设备的评估。