本文主要的研究?jī)?nèi)容是生物大數(shù)據(jù)在多種高性能異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)下的并行計(jì)算方法,主要解決了三方面的挑戰(zhàn):（�。┰谟邢薜膬�(nèi)存空間中對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)集執(zhí)行計(jì)算的方法,（ⅱ）基于異構(gòu)計(jì)算的多層級(jí)的算法并行化設(shè)計(jì)方法和（ⅲ）對(duì)不同架構(gòu)計(jì)算設(shè)備的硬件抽象建模方法。在這三方面的研究中,抽象硬件模型是最重要的貢獻(xiàn),提供了一個(gè)良好的抽象硬件底層,將框架設(shè)計(jì)和具體硬件分離,簡(jiǎn)化了軟件框架,可以使軟件框架快速擴(kuò)展覆蓋多種硬件架構(gòu),并能夠以簡(jiǎn)便抽象的方式控制內(nèi)存布局。同時(shí)提供了一個(gè)簡(jiǎn)化的硬件視角,抽象出影響性能的關(guān)鍵因素,進(jìn)而在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)效率更高的并行方法。由于高通量測(cè)序技術(shù)的快速進(jìn)展,在過(guò)去的十年中,生物序列數(shù)據(jù)的數(shù)量出現(xiàn)了爆炸性增長(zhǎng)。生物學(xué)家存在分析和理解這些數(shù)據(jù)的強(qiáng)烈需求,因?yàn)榛蛐蛄袥Q定了蛋白質(zhì)的生物結(jié)構(gòu)以及功能。但是,生物數(shù)據(jù)的可用性并不隨著數(shù)據(jù)庫(kù)的膨脹而增加。事實(shí)上,目前生物數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)量如此之大以至于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析方法已不足以快速執(zhí)行涉及多種數(shù)據(jù)類(lèi)型的生命科學(xué)查詢(xún)。另一方面,近年來(lái)的計(jì)算力增長(zhǎng)主要體現(xiàn)在新興體系結(jié)構(gòu)上,如GPU,Xeon Phi和基于Alpha指令集的國(guó)產(chǎn)申威眾核處理器上。新興體系結(jié)構(gòu)呈... 

【文章來(lái)源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：134 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖３．１比對(duì)沿著一組序列推進(jìn)的示愆閣

??圖３．１比對(duì)沿著一組序列推進(jìn)的示愆閣。坫兩個(gè)序列之問(wèn)的斷點(diǎn)空１４殘祜填充，川紅??色農(nóng)示。??據(jù)庫(kù)序列組的方式。在圖３．１中，我們首先對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)序列填充，使其填充后的長(zhǎng)度??為４的倍數(shù)，這樣可以減少底層代碼中的執(zhí)行路徑分支，從而提升計(jì)算效率。將??填充后的序列１６條為一組，寫(xiě)人到二維的１６通道的內(nèi)存緩沖區(qū)中，以適應(yīng)Ｘｅｏｎ??Ｐｈｉ上５１２位ＶＰＵ的１６個(gè)通道。在將二維緩沖區(qū)序列化寫(xiě)入內(nèi)存的過(guò)程中，來(lái)??自不同序列的字符被寫(xiě)人相鄰的內(nèi)存地址，使得計(jì)算設(shè)備在并行讀取多條序列的??過(guò)程中能夠提高高速緩存命中率。另外，考慮到主機(jī)端的ＣＰＵ所使用的ＳＳＥ指??令集同樣能夠?qū)⒚恳粋�(gè)向量劃分成１６個(gè)通道執(zhí)行計(jì)算，該二維緩存對(duì)于ＣＰＵ和??Ｘｅｏｎ?Ｐｈｉ而言是通用的。值得注意的是

這里私叫是查詢(xún)序列，它的長(zhǎng)度為ｇ／ｅ？。ｄＺｗ叫是數(shù)據(jù)庫(kù)主序列，辦／ｅｎ是它的長(zhǎng)??度。其中的■Ｂ／ｏｃｆｅ＆ａｄ方法即為塊搜索方法，見(jiàn)算法３．２。Ｓｈｕｆｆｌｅ方法被用來(lái)高??效地構(gòu)建分?jǐn)?shù)譜，以便于計(jì)算函數(shù)高效訪(fǎng)問(wèn)得分矩陣［９４］，它的工作過(guò)程如圖３．３。??圖３．４展示了組搜索方法的整體計(jì)算過(guò)程，我們?cè)诒菊轮蟹Q(chēng)之為單遍方法。??由于Ｘｅｏｎ?Ｐｈｉ上的寄存器／緩存資源有限，我們將分配給Ｘｅｏｎ?Ｐｈｉ的序列組??進(jìn)一步劃分為一組連續(xù)的區(qū)塊（見(jiàn)圖３．１）。在比對(duì)計(jì)算過(guò)程中，沿著該區(qū)塊的同??一行的］６個(gè)殘基將以細(xì)粒度并行方式與查詢(xún)序列進(jìn)行比對(duì)計(jì)算。這個(gè)過(guò)程一直??持續(xù)到序列組內(nèi)的所有區(qū)塊均掃描完畢。圖３．１示意了沿著二維１６通道序列組的??推進(jìn)計(jì)算的方式。我們還發(fā)現(xiàn)，在移動(dòng)到下一個(gè)查詢(xún)殘基之前，計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)序列??緩沖區(qū)中的四個(gè)連續(xù)殘基可以提高捜索效率。所以我們已經(jīng)使每個(gè)區(qū)塊由６４個(gè)??（１６ｘ４）殘基組成。特別的，當(dāng)二維緩存中的某一條序列結(jié)束時(shí)，當(dāng)前通道中會(huì)??出現(xiàn)一個(gè)斷點(diǎn)。在這種情況下，首先序列記錄當(dāng)前序列中的分?jǐn)?shù)，然后重置該通??道對(duì)應(yīng)的迅

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]The Sunway Taihu Light supercomputer:system and applications[J]. Haohuan FU,Junfeng LIAO,Jinzhe YANG,Lanning WANG,Zhenya SONG,Xiaomeng HUANG,Chao YANG,Wei XUE,Fangfang LIU,Fangli QIAO,Wei ZHAO,Xunqiang YIN,Chaofeng HOU,Chenglong ZHANG,Wei GE,Jian ZHANG,Yangang WANG,Chunbo ZHOU,Guangwen YANG.  Science China(Information Sciences). 2016(07)



本文編號(hào)：2920613