一个基于FM-Index的高通量内存高效的FPGA加速器,用于配对终端短读映射
IEEE transactions on biomedical circuits and systems
|July 10, 2023
概括
一个新的硬件加速器使用FM-index显著加快了对联短读映射的速度. 这项创新将计算时间缩短92.6%,并提高了高精度的吞吐量高达18.6倍.
科学领域:
- 生物信息学是一种生物信息学.
- 计算机工程 计算机工程
- 基因组学就是基因组学.
背景情况:
- 准确和高效的短读映射对于基因组分析至关重要.
- 现有的方法经常面临计算瓶,限制吞吐量和增加处理时间.
研究的目的:
- 开发一个硬件加速器,用于快速高效的配对式短读映射.
- 显著减少内存访问和计算操作,以提高性能.
主要方法:
- 基于Ferragina-Manzini指数 (FM-index) 的硬件加速器的实施.
- 使用交叉数据结构来增强数据的本地化.
- 开发一个查找表,以便快速检索地图定位候选项.
- 整合条件过和早期终止策略以优化处理.
主要成果:
- 实现了92.6%的计算时间减少,只需2%的DRAM内存开销.
- 与最先进的FPGA设计相比,表现出1.7至18.6倍的更高吞吐量.
- 在Xilinx Alveo U250 FPGA上处理了超过10亿次短读,准确率为99.3%.
结论:
- 拟议的基于FM指数的硬件加速器在短读映射效率方面取得了重大进展.
- 实施的技术有效地减少了内存访问和计算负载.
- 这种加速器为大规模基因组数据分析提供了高吞吐量和准确的解决方案.


