Scrooge：面向CPU、GPU与ASIC的快速且省内存的基因组序列比对器
硬件体系结构
2023-04-14 v3 基因组学
摘要
成对序列比对是常见生物信息学流程中非常耗时的步骤。加速该步骤需要启发式方法、高效实现和/或硬件加速。近期提出的GenASM算法是同时满足上述三者的一个有前景的候选方案。我们识别并解决了GenASM算法中的三处低效：其数据移动量大、内存占用高，且做了一些不必要的工作。我们提出Scrooge，一种快速且省内存的基因组序列比对器。Scrooge包含三项新颖的算法改进，减少了GenASM算法中的数据移动、内存占用与操作数。我们提供了Scrooge算法面向CPU与GPU的高效开源实现，展示了我们算法改进的显著收益。对于长读长，Scrooge的CPU版本相较KSW2、Edlib以及GenASM的CPU实现分别实现了20.1倍、1.7倍与2.1倍加速。Scrooge的GPU版本相较Scrooge的CPU版本、KSW2、Edlib、Darwin-GPU以及GenASM的GPU实现分别实现了4.0倍至80.4倍、6.8倍、12.6倍与5.9倍加速。我们估计，Scrooge的ASIC实现相较GenASM ASIC在相同吞吐下可少用3.6倍芯片面积与2.1倍功耗。此外，我们系统分析了GenASM与Scrooge在不同配置下的吞吐与精度表现。由于Scrooge的最佳配置依赖于计算平台，我们给出若干可指导未来Scrooge实现的观察结论。可用性：https://github.com/CMU-SAFARI/Scrooge
引用
@article{arxiv.2208.09985,
title = {Scrooge: A Fast and Memory-Frugal Genomic Sequence Aligner for CPUs, GPUs, and ASICs},
author = {Joël Lindegger and Damla Senol Cali and Mohammed Alser and Juan Gómez-Luna and Nika Mansouri Ghiasi and Onur Mutlu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2208.09985},
year = {2023}
}