一种面向基因数据计算解读的异构平台制造技术

本发明专利技术公开了一种面向基因数据计算解读的异构平台，包括异构处理器单元、互联总线模块、内存、基因计算解读数据指令输入单元和基因计算解读结果输出单元，所述异构处理器单元分别通过互联总线模块与内存、基因计算解读数据指令输入单元、基因计算解读结果输出单元相连，所述异构处理器单元包括CPU、GPU、DSP和FPGA，其中CPU构成控制引擎，CPU、GPU、FPGA三者构成计算引擎，CPU、GPU、DSP三者构成解读引擎。本发明专利技术能够为提高基因数据计算的实时性和准确性、提高基因数据解读的精准性和可读性提供硬件支持，具有基因数据计算解读效率高、制造成本低、计算解读能耗低的优点。

A heterogeneous platform for computing and interpreting genetic data

The invention discloses a calculation for interpretation of gene expression data of heterogeneous platforms, including heterogeneous processor unit, interconnection bus module, memory, calculation and interpretation of data gene instruction input unit and output unit gene calculation interpretation results, the heterogeneous processor unit respectively through the interconnection bus module and memory, data interpretation of gene calculation instruction input unit, gene calculation the interpretation result output unit which is connected with the heterogeneous processor units including CPU, GPU, DSP and FPGA, including CPU CPU, a control engine, GPU, FPGA three, CPU a calculation engine, GPU and DSP three form interpretation engine. The invention can provide real-time and accuracy, improve the gene data calculation improve gene data interpretation accuracy and readability of hardware support, calculate the interpretation of high efficiency, low manufacturing cost, low energy consumption and has the advantages of computational gene data.

【技术实现步骤摘要】
一种面向基因数据计算解读的异构平台
本专利技术涉及基因测序技术，具体涉及一种面向基因数据计算解读的异构平台。
技术介绍
最近几年，随着下一代测序技术（NextGenerationSequence,以下简称NGS）的广泛应用，基因测序的成本迅速下降，基因技术开始进入普及应用。NGS包括基因数据计算和基因数据解读两个步骤，其中基因数据计算是指对原始的基因测序数据进行去伪、去重等预处理，以便基因数据解读时使用，基因数据解读是指对基因数据计算处理后的基因数据在生物学、医学、健康保健等领域的科学含义进行分析、揭示和解释。基因技术临床应用发展存在两个方面的瓶颈：一个制约基因技术临床应用发展的瓶颈是基因数据的海量性。基于技术的原因，NGS生成的原始基因数据的单样本数据量非常大，比如全基因组（Whole-GenomeSequencing,WGS）的单样本数据达100G以上，因此基因单样本数据的计算就已经是高输入/输出密集和高计算密集型任务；再加上基因技术的快速普及，导致测序生成的原始基因数据的总量成指数增长。所以，对基因数据进行实时的、准确的计算和传送变得非常困难，面临着巨大的挑战。为此，目前典型的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向基因数据计算解读的异构平台，其特征在于：包括异构处理器单元（1）、互联总线模块（2）、内存（3）、基因计算解读数据指令输入单元（4）和基因计算解读结果输出单元（5），所述异构处理器单元（1）分别通过互联总线模块（2）与内存（3）、基因计算解读数据指令输入单元（4）、基因计算解读结果输出单元（5）相连，所述异构处理器单元（1）包括CPU、GPU、DSP和FPGA，其中CPU构成控制引擎（11），所述CPU、GPU、FPGA三者构成计算引擎（12），所述CPU、GPU、DSP三者构成解读引擎（13），所述控制引擎（11）在通过基因计算解读数据指令输入单元（4）接收基因计算解读数据指令并分割...

【技术特征摘要】
1.一种面向基因数据计算解读的异构平台，其特征在于：包括异构处理器单元（1）、互联总线模块（2）、内存（3）、基因计算解读数据指令输入单元（4）和基因计算解读结果输出单元（5），所述异构处理器单元（1）分别通过互联总线模块（2）与内存（3）、基因计算解读数据指令输入单元（4）、基因计算解读结果输出单元（5）相连，所述异构处理器单元（1）包括CPU、GPU、DSP和FPGA，其中CPU构成控制引擎（11），所述CPU、GPU、FPGA三者构成计算引擎（12），所述CPU、GPU、DSP三者构成解读引擎（13），所述控制引擎（11）在通过基因计算解读数据指令输入单元（4）接收基因计算解读数据指令并分割为代码段，当代码段的任务类型为控制任务时，将代码段的指令和数据调度CPU进行处理；当代码段的任务类型为计算任务时，将代码段的指令和数据调度计算引擎（12）进行处理并将计算结果通过基因计算解读结果输出单元（5）输出；当代码段的任务类型为解读任务时，将代码段的指令和数据调度解读引擎（13）进行处理并将计算结果通过基因计算解读结果输出单元（5）输出。2.根据权利要求1所述的面向基因数据计算解读的异构平台，其特征在于：所述FPGA包括交叉开关、IO控制单元和加速器单元，所述IO控制单元、加速器单元分别和交叉开关相连，所述加速器单元包括用于实现隐马尔可夫模型计算硬件加速的隐马尔可夫模型计算加速器、用于实现哈希计算硬件加速的哈希函数计算加速器两者中的至少一种，所述IO控制单元与互联总线模块（2）相连。3.根据权利要求2所述的面向基因数据计算解读的异构平台，其特征在于：所述IO控制单元包括PCIE接口、DMA控制器、PIU外围接口部件和DDR控制器，所述交叉开关分别与DMA控制器、PIU外围接口部件和DDR控制器相连，所述DMA控制器、PIU外围接口部件之间相互连接，所述PCIE接口与DMA控制器相连，所述PCIE接口、DDR控制器分别与互联总线模块（2）相连。4.根据权利要求1所述的面向基因数据计算解读的异构平台，其特征在于：所述互联总线模块（2）包括HCCLink总线模块（21）和HNCLink总线模块（22），所述CPU、GPU、DSP和FPGA分别通过HCCLink总线模块（21）和内存（3）相连，且所述CPU、GPU、DSP和FPGA分别通过HNCLink总线模块（22）和基因计算解读数据指令输入单元（4）以及基因计算解读结果输出单元（5）相连。5.根据权利要求1所述的面向基因数据计算解读的异构平台，其特征在于：所述基因计算解读数据指令输入单元（4）包括输入设备、通用接口模块、网络接口模块、多媒体输入接口模块、外部存储设备、传感器中的至少一种。6.根据权利要求1所述的面向基因数据计算解读的异构平台，其特征在于：所述基因计算解读结果输出单元（5）包括显示设备、通用接口模块、网络接口模块、多媒体输出接口模块、外部存储设备中的至少一种。7.根据权利要求1所述的面向基因数据计算解读的异构平台，其特征在于：所述将代码段的指令和数据调度计算引擎（12）进行处理的详细步骤包括：A1）分别判断代码段是否能进行指令并行执行，是否能进行流水线执行，是否能进行数据并行执行，如果三者均不能，则跳转执行步骤A7），退出；否则，跳转执行步骤A2）；A2）判断代码段是否只能进行数据并行执行，如果只能进行数据并行执行，则跳转执行步骤A3）；否则，跳转执行步骤A6）；A3）判断代码段分派到FPGA上优化执行（即并行执行，下同）的总开销少于代码段分派到GPU上优化执行的总开销是否成立，所述代码段分派到FPGA上优化执行的总开销包括CPU和FPGA之间交互数据和指令产生的通信开销、FPGA的访存开销以及FPGA的计算开销，所述代码段分派到GPU上优化执行的总开销包括CPU和GPU之间交互数据和指令产生的通信开销、GPU的访存开销以及GPU的计算开销，如果成立则跳转执行步骤A6）；否则，跳转执行步骤A4）；A4...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋卓，刘蓬侠，李根，
申请(专利权)人：人和未来生物科技长沙有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43