Promotie E.J. Houtgast: genomics

11 november 2019 10:00 - Locatie: Aula, TU Delft - Door: webredactie

On Hardware-Accelerated Maximally-Efficient Systolic Arrays. Acceleration and Optimization of Genomics Pipelines Through Hardware/Software Co-Design. Promotor 1: Dr.ir. Z. Al-Ars (EWI); Promotor 2: Prof.dr.ir. K.L.M. Bertels (EWI).

Ontwikkelingen in DNA sequencing technologie hebben de kosten van DNA-sequencing drastisch verlaagd, wat heeft geleid tot een brede acceptatie en een exponentiële toename van de gegenereerde gegevens. Daarom wordt versnelling en optimalisatie van genomics pipelines steeds belangrijker.

Het BWA-MEM-algoritme voor genomische mapping is een cruciale eerste stap van veel genomics pipelines, waarbij ruwe invoersequenties op een referentiegenoom worden geplaatst. Een groot deel van de totale BWA-MEM-uitvoeringstijd wordt besteed aan het uitvoeren van Seed Extension, een algoritme dat verband houdt met het Smith-Waterman-algoritme voor paarsgewijze sequentie-uitlijning. De standaardbenadering voor de heterogene versnelling van het Smith-Waterman-algoritme is om een systolische array-architectuur te gebruiken.

In dit proefschrift worden technieken voorgesteld om de efficiëntie van systolische arrays te verbeteren: het elimineren van de afhankelijkheid van de efficiëntie van de systolische array van de lengte van de invoersequentie en de lengte van de referentiesequentie resulteert in een maximaal efficiënte systolische array. Implementaties op FPGA en GPU resulteren in een drievoudige verbetering van de uitvoeringstijd op kernelniveau en in de eerste FPGA-versnelde en de eerste GPU-versnelde implementatie van BWA-MEM met in totaal een tweevoudige versnelling op applicatie niveau. Bovendien resulteert een FPGA Smith-Waterman-implementatie met de bovengenoemde efficiëntieverbeteringen in een prestatie van 214 GCUPS met 99,8% efficiëntie, de hoogste gerapporteerde efficiëntie en prestaties van een FPGA-versnelde Smith-Waterman-implementatie tot nu toe. Ten slotte worden verschillende aspecten van deze ontwerpen geëvalueerd, waaronder energie-efficiëntie en ontwerptijd.

Meer informatie?

Voor inzage in proefschriften van de promovendi kunt u kijken in de TU Delft Repository, de digitale vindplaats van openbare publicaties van de TU Delft. Proefschriften zullen binnen een paar weken na de desbetreffende promotie in de Repository te vinden zijn.