Análisis comparativo de las estructuras de acelerador Pair-HMM basadas en FPGA
Autores: Wang, Pengfei; Lei, Yuanwu; Dou, Yong
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Análisis comparativo de las estructuras de acelerador Pair-HMM basadas en FPGA
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Par-hmm
Algoritmo forward
Aceleradores basados en fpga
Estructura de no cooperación
Rendimiento
Eficiencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 25
Citaciones: Sin citaciones
Como una de las partes más importantes y computacionalmente intensivas en el análisis de bioinformática, el algoritmo adelantado del Modelo Oculto de Markov en Pareja (Pair-HMM) es ampliamente reconocido y tiene un gran potencial. Por lo tanto, es importante acelerar el proceso de este algoritmo. Hay varios enfoques para acelerar Pair-HMM, especialmente los aceleradores derivados de la Arquitectura de Puerta Programable en Campo (FPGA) debido a los recursos altamente personalizables en el chip y el potencial de tubería profunda disponibles para el diseñador. En este documento, nos enfocamos en los aceleradores basados en FPGA para el algoritmo adelantado de Pair-HMM propuesto en los últimos años. La estructura de no cooperación, que fue propuesta en nuestro trabajo anterior, se compara con la estructura de Matriz Sistólica (SA) y la estructura de anillo PE en las características de la estructura, modo de cálculo, eficiencia computacional y requisitos de almacenamiento. Construimos un modelo de análisis para evaluar el rendimiento de la estructura de anillo y nuestra estructura de no cooperación. Además, basándonos en esto, proporcionamos un análisis detallado de las características de las estructuras de diferentes aceleradores y de la selección de una estructura adecuada para diferentes escenarios. Basándonos en la estructura de PE no cooperativa, diseñamos una nueva topología en cadena para el acelerador. Los resultados experimentales muestran que nuestra estructura de no cooperación es superior a las otras estructuras en rendimiento y eficiencia de ejecución, y nuestra nueva topología mejora el rendimiento del acelerador. Finalmente, proponemos algunas ideas sobre la mejora del acelerador de estructura no cooperativa para trabajos futuros.
Descripción
Como una de las partes más importantes y computacionalmente intensivas en el análisis de bioinformática, el algoritmo adelantado del Modelo Oculto de Markov en Pareja (Pair-HMM) es ampliamente reconocido y tiene un gran potencial. Por lo tanto, es importante acelerar el proceso de este algoritmo. Hay varios enfoques para acelerar Pair-HMM, especialmente los aceleradores derivados de la Arquitectura de Puerta Programable en Campo (FPGA) debido a los recursos altamente personalizables en el chip y el potencial de tubería profunda disponibles para el diseñador. En este documento, nos enfocamos en los aceleradores basados en FPGA para el algoritmo adelantado de Pair-HMM propuesto en los últimos años. La estructura de no cooperación, que fue propuesta en nuestro trabajo anterior, se compara con la estructura de Matriz Sistólica (SA) y la estructura de anillo PE en las características de la estructura, modo de cálculo, eficiencia computacional y requisitos de almacenamiento. Construimos un modelo de análisis para evaluar el rendimiento de la estructura de anillo y nuestra estructura de no cooperación. Además, basándonos en esto, proporcionamos un análisis detallado de las características de las estructuras de diferentes aceleradores y de la selección de una estructura adecuada para diferentes escenarios. Basándonos en la estructura de PE no cooperativa, diseñamos una nueva topología en cadena para el acelerador. Los resultados experimentales muestran que nuestra estructura de no cooperación es superior a las otras estructuras en rendimiento y eficiencia de ejecución, y nuestra nueva topología mejora el rendimiento del acelerador. Finalmente, proponemos algunas ideas sobre la mejora del acelerador de estructura no cooperativa para trabajos futuros.