Un generador de proceso de Poisson basado en múltiples amplificadores de ruido térmico para la simulación estocástica paralela de reacciones bioquímicas
Autores: Jo, Yeji; Mun, Kyusik; Jeong, Yeonjoo; Kwak, Joon Young; Park, Jongkil; Lee, Suyoun; Kim, Inho; Park, Jong-Keuk; Hwang, Gyu-Weon; Kim, Jaewook
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Un generador de proceso de Poisson basado en múltiples amplificadores de ruido térmico para la simulación estocástica paralela de reacciones bioquímicas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Propuesto
Generador de proceso de Poisson
TNAs
Tasa de eventos
Simulación Verilog-A
Reacciones bioquímicas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 26
Citaciones: Sin citaciones
En este documento, proponemos un generador de proceso de Poisson novedoso que utiliza múltiples amplificadores de ruido térmico (TNAs) como fuente de aleatoriedad y controla su tasa de eventos a través de un lazo de bloqueo de frecuencia (FLL). El aumento en el número de TNAs amplía el ancho de banda efectivo del ruido térmico amplificado y, por lo tanto, mejora la tasa máxima de eventos que la arquitectura propuesta puede generar. La simulación en Verilog-A del generador de proceso de Poisson propuesto muestra que su tasa máxima de eventos puede aumentar en un factor de 26,5 cuando el número de TNAs aumenta de 1 a 10. Para realizar simulaciones estocásticas paralelas de la red de reacciones bioquímicas, presentamos un bloque de construcción de reacción fundamental con multiplicación y adición en tiempo continuo utilizando una compuerta AND y un convertidor digital-analógico de corriente de 1 bit, respectivamente. Las reacciones bioquímicas estocásticas que constan de los bloques de construcción de reacción fundamentales se simulan en Verilog-A, demostrando que los resultados de la simulación son consistentes con los del algoritmo convencional de Gillespie. Un aumento en el número de TNAs para acelerar los eventos de Poisson y el uso de compuertas AND digitales para cálculos robustos de la tasa de reacción permiten simulaciones estocásticas de reacciones bioquímicas más rápidas y precisas que los simuladores estocásticos paralelos anteriores.
Descripción
En este documento, proponemos un generador de proceso de Poisson novedoso que utiliza múltiples amplificadores de ruido térmico (TNAs) como fuente de aleatoriedad y controla su tasa de eventos a través de un lazo de bloqueo de frecuencia (FLL). El aumento en el número de TNAs amplía el ancho de banda efectivo del ruido térmico amplificado y, por lo tanto, mejora la tasa máxima de eventos que la arquitectura propuesta puede generar. La simulación en Verilog-A del generador de proceso de Poisson propuesto muestra que su tasa máxima de eventos puede aumentar en un factor de 26,5 cuando el número de TNAs aumenta de 1 a 10. Para realizar simulaciones estocásticas paralelas de la red de reacciones bioquímicas, presentamos un bloque de construcción de reacción fundamental con multiplicación y adición en tiempo continuo utilizando una compuerta AND y un convertidor digital-analógico de corriente de 1 bit, respectivamente. Las reacciones bioquímicas estocásticas que constan de los bloques de construcción de reacción fundamentales se simulan en Verilog-A, demostrando que los resultados de la simulación son consistentes con los del algoritmo convencional de Gillespie. Un aumento en el número de TNAs para acelerar los eventos de Poisson y el uso de compuertas AND digitales para cálculos robustos de la tasa de reacción permiten simulaciones estocásticas de reacciones bioquímicas más rápidas y precisas que los simuladores estocásticos paralelos anteriores.