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面对新型冠状病毒疫情,FPGA能做些什么?

2020-02-28 294

如今,“新冠”疫情仍在不断蔓延,而针对病毒进行医疗工作的过程中,其中一个必要的步骤,就是对病毒进行基因测序。因为只有通过查清病毒的序列,才能够对其追根溯源、弄清病毒的特性、以及具有针对性地研制特效药和疫苗。没有病毒的序列,医生也不能只凭症状就对病人进行确诊,否则很容易导致误判。

基因测序,作为一种经常用于预测疾病、个人行为的先进检测技术,在实现过程中因其庞大的数据量要进行传输处理,导致测序过程中,通常会面临以下这些问题:

分析周期过长:传统的线下基因测序非常耗时,基因测序行业的快速发展和数据的爆炸式增长,使得行业的发展越来越受到限制,一般的测序时间少则几小时,多则几十小时。

固定资产成本高:基因测序对服务器的计算性能要求非常高,导致IT基础设施成本居高不下,同时 整体IT集群的建设、部署、 扩容复杂。

数据量庞大:基因测序的原始数据、中间数据和结果数据的传输、共享, 可靠存储,I/O读取性能, 都是基因测序中令人头疼的问题,行业对测序设备的容量、精度的要求也越来越高。


擅长数据加速的FPGA是否可以为基因序列检测助力呢?


针对基因序列检测存在的问题,FPGA是否可以帮助我们解决难题呢?

就在去年,腾讯云采用基因测序FPGA加速方案,对人类全基因组数据分析起到了显著的加速效果——从30小时降低到了3小时。这种基于FPGA的加速技术也已经被架构平台部应用于AI图像识别、图片webp/hevc格式压缩等大规模的业务场景,原来需要数千台服务器的集群,现在也只需要100多台FPGA服务器。

可见,FPGA由于数据可并行传输处理的优势,能够大幅提升序列检测的效率,也可以有效的降低成本。

可能会有人考虑到,基因测序的过程当中会产生大量的数据,数据存储的问题又如何保证?

我们看看现阶段主流的Xilinx UltraScale FPGA加速平台搭载的存储器规格。

 

可以看到,有着高容量、高带宽的存储的FPGA加速平台,也几乎能够满足大部分基因测序行业对存储器性能的需求。


针对新型冠状病毒,FPGA是否也可以参与到病毒序列检测的工作呢?


我们都知道,新型冠状病毒是的基因组主要是由RNA构成的,那么我们可否利用FPGA强大的计算能力,让其为病毒检测工作尽自己的一份力呢?

早在2016年,IBM Power Systems曾在《华盛顿邮报》官网上发表了题为“Powerful computing crunches genomic data at warp speed”的文章,文章描述了Edico Genome使用硬件加速器来加速基因研究的海量计算。Edico Genome董事长兼CEO Pieter van Rooyen和他的团队在南非进行血液分析的工作,在测序过程中,他们采用Xilinx  FPGA进行了加速计算。据van Rooyen描述,整个测序过程之前要大约30个小时才能完成,而采用FPGA进行加速后,他们把测序的耗时降低至10-26分钟。

而他们主要就是针对的就是和新型冠状病毒一样是基于RNA的艾滋病病毒。


  

因此,FPGA同样也可以我们检测新型冠状病毒的序列。

综上所述,面对病毒,面对序列检测要求进一步加大的当下, 我们的FPGA可以帮助我们解决在测序过程中遇到的难点:

1:加速处理,大幅度加快检测速度

2:节约成本,软硬一体化架构提供规模小但性能强的解决方案

3:高端存储,携带大容量存储器应对测序产生的大量数据


免费培训直播预告

在这个新冠肆虐祖国大地的时刻,依元素科技将上线免费FPGA培训直播,希望与众多FPGA用户与爱好者共克时艰。以下即将上线的直播内容


1.免费线上培训:Xilinx 统一软件平台Vitis快速入门

详细内容与报名链接 : http://www.e-elements.com/news/show/id/113.shtml

培训时间 : 2020年3月6日 (星期五)  下午14:30 – 16:30

培训费用 : 免费,网上名额有限, 请及早报名! 

软件版本 : Vitis Core Development Kit 2019.2


2.手把手教你如何开始Xilinx FPGA开发之旅(EGO1)(3天)

内容:

第一天(1hours):

关于Xilinx FPGA你需要知道的1.2.3.4

Verilog设计规范/必要语法细节总结

如何进行Xilinx FPGA的开发流程及层次化设计方法

第二天(1hours):

良好的仿真习惯及仿真使用细则

第三天:

不再做盲目进行开发设计——Debug方法与硬件调试


详细内容与报名链接 : 请关注依元素科技公众号

培训时间 : 2020年3月(待定)

培训费用 : 免费 


3. 手把手教你如何开始PYNQ开发之旅(PYNQ-Z2)(3天)

内容:

第一天(1hours):

1.什么是PYNQ

2.萌新玩转PYNQ第一步

第二天(1hours):

1.关于Overlay你该知道些什么

2.从Python开始玩转PYNQ 

第三天(1hours):

1.举一反三,如何定制我们自己的Overlay

2.如何使用其他开源案例


详细内容与报名链接 : 请关注依元素科技公众号

培训时间 : 2020年3月(待定)

培训费用 : 免费 


4.手把手教你如何开始ZYNQ嵌入式开发之旅(3天)

内容

第一天(1hours):

1.关于ZYNQ你必需要知道几件事

第二天(1hours):

2.物尽其用定制自己的硬软协同工程

第三天(1hours):

3.如何进行合理的ZYNQ工程调试


详细内容与报名链接 : 请关注依元素科技公众号

培训时间 : 2020年3月(待定)

培训费用 : 免费 


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