一种面向基因数据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、基因解读数据指令输入单元和基因解读结果输出单元，所述异构处理器单元分别通过互联总线模块与内存、基因解读数据指令输入单元、基因解读结果输出单元相连，所述异构处理器单元包括CPU、GPU和DSP，其中CPU构成控制引擎，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解读的精准性和可读性提供硬件支持，具有基因数据解读效率高、制造成本低、解读能耗低的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种面向基因数据解读的异构平台
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。当前，一个制约基因技术临床应用发展的瓶颈是基因数据解读的精确性和可读性。目前基因数据解读的典型方法是基于一个人类参考基因，用测序生成并经基因数据计算处理后的基因数据，重构出某人的基因。然而，当前使用的参考基因，例如GRCh38，是基于有限的样本，既不足以代表整个人类的多样性，又不完备，在探测个体基因里的独特变异时，标准的基因信息学流程会导致偏差，而且缺乏与其它生物、医学信息的深度交叉分析。此外，基因数据解读还基本停留在专业领域，面向非专业的大众，缺乏可读性，即缺乏对基因数据直接的生物意义和间接的健康影响的通俗易懂、形式多样的解读。目前，计算机系统中常见的处理器类型有中央处理器（CentralProcessingUnit,简称CPU）、图形处理器（GraphicsProcessingUnit,简称GPU）和数字信号处理器（DigitalSignalProcessor,简称DSP）。目前的高性能CPU通常都包括多个处理器核（ProcessorCore），从硬件上支持多线程，但是其设计目标还是面向通用应用程序，而相对于特殊的计算，通用应用程序的并行性较小，需要较复杂的控制和较低的性能目标。因此，CPU片上的硬件资源主要还是用于实现复杂的控制而不是计算，没有为特殊功能包含专门的硬件，能够支持的计算并行度不高。GPU最初是一种专门用于图像处理的微处理器，能够从硬件上支持纹理映射和多边形着色等图形计算基本任务。由于图形学计算涉及一些通用数学计算，比如矩阵和向量运算，而GPU拥有高度并行化的架构，因此，随着相关软硬件技术的发展，GPU计算技术日益兴起，即GPU不再局限于图形处理，还被开发用于线性代数、信号处理、数值仿真等并行计算，可以提供数十倍乃至于上百倍于CPU的性能。但是目前的GPU存在2个问题：一是，受限于GPU的硬件结构特性，很多并行算法不能在GPU上有效地执行；二是，GPU运行中会产生大量热量，能耗较高。DSP是一种用数字方法对各种信号进行快速分析、变换、滤波、检测、调制、解调等运算处理的微处理器。为此，DSP在芯片内部结构上做了特殊的优化，比如硬件实现高速、高精度的乘法等。随着数字时代的到来，DSP广泛应用于智能设备、资源勘探、数字控制、生物医学、航天航空等各个领域，具有功耗低、精度高、可进行二维与多维处理等特点。综上所述，以上三种计算器件各有特点，又各有局限性。但是，针对前述基因技术临床应用发展存在的瓶颈，如何利用上述处理器来构建混合架构平台以实现海量基因数据的解读，则已经成为一项亟待解决的关键技术问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种能够为提高基因数据解读的精准性和可读性提供硬件支持，基因数据解读效率高、制造成本低、解读能耗低的面向基因数据解读的异构平台。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种面向基因数据解读的异构平台，包括异构处理器单元、互联总线模块、内存、基因解读数据指令输入单元和基因解读结果输出单元，所述异构处理器单元分别通过互联总线模块与内存、基因解读数据指令输入单元、基因解读结果输出单元相连，所述异构处理器单元包括CPU、GPU和DSP，其中CPU构成控制引擎，所述CPU、GPU、DSP三者构成解读引擎，所述控制引擎在通过基因解读数据指令输入单元接收基因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解读任务时，将代码段的指令和数据调度解读引擎进行处理并将计算结果通过基因解读结果输出单元输出。优选地，所述互联总线模块包括HCCLink总线模块和HNCLink总线模块，所述CPU、GPU和DSP分别通过HCCLink总线模块和内存相连，且所述CPU、GPU和DSP分别通过HNCLink总线模块和基因解读数据指令输入单元以及基因解读结果输出单元相连。优选地，所述基因解读数据指令输入单元包括输入设备、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。优选地，所述基因解读结果输出单元包括显示设备、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。优选地，所述将代码段的指令和数据调度解读引擎进行处理的详细步骤包括：B1）分别判断代码段是否为数字信号处理，是否为非图形图像类多媒体处理，是否为图形图像处理，如果三者都不是，则跳转执行步骤B7）；否则，跳转执行步骤B2）；B2）判断代码段是否为图形图像处理，如果是图形图像处理，则跳转执行步骤B3）；否则，跳转执行步骤B5）；B3）判断代码段分派到DSP上并且优化执行的总开销少于代码段分派到GPU上并且优化执行的总开销是否成立，所述代码段分派到DSP上并且优化执行的总开销包括CPU和DSP之间交互数据和指令产生的通信开销、DSP的访存开销以及DSP的计算开销，所述代码段分派到GPU上并且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B5）；否则，跳转执行步骤B4）；B4）判断代码段是否是能耗优先，如果是能耗优先，则跳转执行步骤B5）；否则，跳转执行步骤B7）B5）判断代码段分派到DSP上并且优化执行的总开销少于代码段在CPU上执行的总开销是否成立，所述代码段在CPU上执行的总开销包括CPU的访存开销以及CPU的计算开销，如果成立则跳转执行步骤B6）；否则，跳转执行步骤B8）；B6）将代码段的指令和数据调度DSP处理，退出；B7）判断代码段的基因解读是否适合GPU加速处理，如果代码段的基因解读适合GPU加速处理，则将代码段的指令和数据调度GPU处理，退出；否则，跳转执行步骤B8）；B8）将代码段的指令和数据调度CPU处理，退出。优选地，步骤B7）的详细步骤包括：B7.1）判断代码段是否为图形图像处理，如果是图形图像处理，则跳转执行步骤B7.3）；否则，跳转执行步骤B7.2）；B7.2）判断代码段是否能进行数据并行执行，如果能进行数据并行执行，则跳转执行步骤B7.3）；否则，跳转执行步骤B8）；B7.3）判断代码段分派到GPU上并且优化执行的总开销少于代码段在CPU上执行的总开销是否成立，所述代码段分派到GPU上并且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，所述代码段在CPU上执行的总开销包括CPU的访存开销以及CPU的计算开销，如果成立则跳转执行步骤B7.4）；否则，跳转执行步骤B8）；B7.4）将代码段的指令和数据调度GPU处理，退出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向基因数据解读的异构平台，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）、基因解读数据指令输入单元（4）和基因解读结果输出单元（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）、基因解读数据指令输入单元（4）、基因解读结果输出单元（5）相连，所述异构处理器单元（1）包括CPU、GPU和DSP，其中CPU构成控制引擎（11），所述CPU、GPU、DSP三者构成解读引擎（12），所述控制引擎（11）在通过基因解读数据指令输入单元（4）接收基因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解读任务时，将代码段的指令和数据调度解读引擎（12）进行处理并将计算结果通过基因解读结果输出单元（5）输出。

【技术特征摘要】
1.一种面向基因数据解读的异构平台，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）、基因解读数据指令输入单元（4）和基因解读结果输出单元（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）、基因解读数据指令输入单元（4）、基因解读结果输出单元（5）相连，所述异构处理器单元（1）包括CPU、GPU和DSP，其中CPU构成控制引擎（11），所述CPU、GPU、DSP三者构成解读引擎（12），所述控制引擎（11）在通过基因解读数据指令输入单元（4）接收基因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解读任务时，将代码段的指令和数据调度解读引擎（12）进行处理并将计算结果通过基因解读结果输出单元（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和DSP分别通过HCCLink总线模块（21）和内存（3）相连，且所述CPU、GPU和DSP分别通过HNCLink总线模块（22）和基因解读数据指令输入单元（4）以及基因解读结果输出单元（5）相连。3.根据权利要求1所述的面向基因数据解读的异构平台，其特征在于：所述基因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。4.根据权利要求1所述的面向基因数据解读的异构平台，其特征在于：所述基因解读结果输出单元（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。5.根据权利要求1所述的面向基因数据解读的异构平台，其特征在于：所述将代码段的指令和数据调度解读引擎（12）进行处理的详细步骤包括：B1）分别判断代码段是否为数字信号处理，是否为非图形图像类多媒体处理，是否为图形图像处理，如果三者都不是，则跳转执行步骤B7）；否则，跳转执行步骤B2）；B2）判断代码段是否为图形图像处理，如果是图形...

【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