Integrando aceleración FPGA en el marco DNAssim para simulaciones más rápidas de almacenamiento de datos basado en ADN
Autores: Marelli, Alessia; Chiozzi, Thomas; Battistini, Nicholas; Zuolo, Lorenzo; Micheloni, Rino; Zambelli, Cristian
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Integrando aceleración FPGA en el marco DNAssim para simulaciones más rápidas de almacenamiento de datos basado en ADN
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Almacenamiento de datos basado en ADN
Simulaciones
Simulador de almacenamiento de ADN
Cálculo de distancia de edición
Acelerador de hardware
FPGA
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
El almacenamiento de datos basado en ADN ha surgido en esta década como una solución prometedora para una larga durabilidad de los datos, bajo consumo de energía y alta densidad. Sin embargo, tal tecnología aún no ha alcanzado un buen nivel de madurez, requiriendo muchas investigaciones para mejorar los procesos de codificación y decodificación de la información. Las simulaciones pueden ser clave para superar las cargas de tiempo y costos de los numerosos experimentos impuestos por exploraciones exhaustivas del espacio de diseño. En respuesta a esto, hemos desarrollado un simulador de almacenamiento de ADN (DNAssim) que permite simular los diferentes pasos en la tubería de almacenamiento de ADN utilizando una infraestructura de software propietaria escrita en lenguaje Python/C. Entre las muchas operaciones realizadas por la herramienta, se ha identificado que el cálculo de la distancia de edición utilizado durante las operaciones de agrupamiento es la tarea más intensiva computacionalmente en el software, por lo que se requiere aceleración de hardware. En este trabajo, demostramos la integración en el marco de DNAssim de un acelerador de hardware FPGA dedicado basado en el kit de evaluación Xilinx VC707 para aumentar los cálculos de distancia de edición hasta 11 veces en comparación con un enfoque puramente de software. Esto se materializa en una reducción de la latencia de simulación de agrupamiento de hasta 5.5 veces y allana el camino para futuras plataformas de simulación de almacenamiento de ADN a gran escala.
Descripción
El almacenamiento de datos basado en ADN ha surgido en esta década como una solución prometedora para una larga durabilidad de los datos, bajo consumo de energía y alta densidad. Sin embargo, tal tecnología aún no ha alcanzado un buen nivel de madurez, requiriendo muchas investigaciones para mejorar los procesos de codificación y decodificación de la información. Las simulaciones pueden ser clave para superar las cargas de tiempo y costos de los numerosos experimentos impuestos por exploraciones exhaustivas del espacio de diseño. En respuesta a esto, hemos desarrollado un simulador de almacenamiento de ADN (DNAssim) que permite simular los diferentes pasos en la tubería de almacenamiento de ADN utilizando una infraestructura de software propietaria escrita en lenguaje Python/C. Entre las muchas operaciones realizadas por la herramienta, se ha identificado que el cálculo de la distancia de edición utilizado durante las operaciones de agrupamiento es la tarea más intensiva computacionalmente en el software, por lo que se requiere aceleración de hardware. En este trabajo, demostramos la integración en el marco de DNAssim de un acelerador de hardware FPGA dedicado basado en el kit de evaluación Xilinx VC707 para aumentar los cálculos de distancia de edición hasta 11 veces en comparación con un enfoque puramente de software. Esto se materializa en una reducción de la latencia de simulación de agrupamiento de hasta 5.5 veces y allana el camino para futuras plataformas de simulación de almacenamiento de ADN a gran escala.