Implementación de FPGA de sistemas de reacción
Autores: Shang, Zeyi; Verlan, Sergey; Lu, Jing; Wei, Zhe; Zhou, Min
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Implementación de FPGA de sistemas de reacción
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Reacciones bioquímicas
Modelo de computación cualitativa
Interacción
Causalidad
Sistema de reacciones
Implementación en FPGA
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
El sistema de reacción (RS) pertenece a un tipo de modelo de computación cualitativa inspirado en reacciones bioquímicas que tienen lugar dentro de células biológicas. Se refiere más a las interacciones y causalidad entre reacciones que a las concentraciones concretas de entidades químicas. Muchos procesos y modelos bioquímicos pueden representarse en forma de sistemas de reacción para revelar cualitativamente relaciones complejas y productos finales de una variedad de reacciones. El sistema de reacción funciona en modo paralelo. La simulación de software de este tipo de modelo puede sufrir la penalización de un paralelismo ineficiente debido al rendimiento limitado de la CPU/GPU, especialmente para la simulación de modelos a gran escala. Teniendo en cuenta las posibles aplicaciones de los sistemas de reacción en diagnósticos de enfermedades y en el desarrollo de medicamentos, la implementación de hardware de los sistemas de reacción proporciona una mejor manera de acelerar los cálculos involucrados. En este documento, se propone un método de implementación en FPGA de un sistema de reacción llamado RSFIM. Dos modelos a pequeña escala, es decir, el sistema de reacción de ensamblaje de filamentos intermedios y la respuesta al estrés por calor, se implementan en FPGA, logrando una velocidad de cálculo de pasos por segundo. Para modelos a gran escala, se implementa el sistema de reacción ErbB, obteniendo un aumento de velocidad del comparado con su simulación GPU de mayor rendimiento hasta ahora. El contador binario del sistema de reacción, que es un modelo cuantitativo, también se implementa mediante la explicación booleana del carácter cualitativo del sistema de reacción. La implementación en FPGA de sistemas de reacción abre una nueva línea de investigación para acelerar las simulaciones de sistemas de reacción y otros modelos biológicos desde la perspectiva de los circuitos digitales paralelos.
Descripción
El sistema de reacción (RS) pertenece a un tipo de modelo de computación cualitativa inspirado en reacciones bioquímicas que tienen lugar dentro de células biológicas. Se refiere más a las interacciones y causalidad entre reacciones que a las concentraciones concretas de entidades químicas. Muchos procesos y modelos bioquímicos pueden representarse en forma de sistemas de reacción para revelar cualitativamente relaciones complejas y productos finales de una variedad de reacciones. El sistema de reacción funciona en modo paralelo. La simulación de software de este tipo de modelo puede sufrir la penalización de un paralelismo ineficiente debido al rendimiento limitado de la CPU/GPU, especialmente para la simulación de modelos a gran escala. Teniendo en cuenta las posibles aplicaciones de los sistemas de reacción en diagnósticos de enfermedades y en el desarrollo de medicamentos, la implementación de hardware de los sistemas de reacción proporciona una mejor manera de acelerar los cálculos involucrados. En este documento, se propone un método de implementación en FPGA de un sistema de reacción llamado RSFIM. Dos modelos a pequeña escala, es decir, el sistema de reacción de ensamblaje de filamentos intermedios y la respuesta al estrés por calor, se implementan en FPGA, logrando una velocidad de cálculo de pasos por segundo. Para modelos a gran escala, se implementa el sistema de reacción ErbB, obteniendo un aumento de velocidad del comparado con su simulación GPU de mayor rendimiento hasta ahora. El contador binario del sistema de reacción, que es un modelo cuantitativo, también se implementa mediante la explicación booleana del carácter cualitativo del sistema de reacción. La implementación en FPGA de sistemas de reacción abre una nueva línea de investigación para acelerar las simulaciones de sistemas de reacción y otros modelos biológicos desde la perspectiva de los circuitos digitales paralelos.