Genome sequence alignment is the core of many biological applications. The advancement of sequencing technologies produces a tremendous amount of data, making sequence alignment a critical bottleneck in bioinformatics analysis. The existing hardware accelerators for alignment suffer from limited on-chip memory, costly data movement, and poorly optimized alignment algorithms. They cannot afford to concurrently process the massive amount of data generated by sequencing machines. In this paper, we propose a ReRAM-based accelerator, RAPIDx, using processing in-memory (PIM) for sequence alignment. RAPIDx achieves superior efficiency and performance via software-hardware co-design. First, we propose an adaptive banded parallelism alignment algorithm suitable for PIM architecture. Compared to the original dynamic programming-based alignment, the proposed algorithm significantly reduces the required complexity, data bit width, and memory footprint at the cost of negligible accuracy degradation. Then we propose the efficient PIM architecture that implements the proposed algorithm. The data flow in RAPIDx achieves four-level parallelism and we design an in-situ alignment computation flow in ReRAM, delivering $5.5$-$9.7\times$ efficiency and throughput improvements compared to our previous PIM design, RAPID. The proposed RAPIDx is reconfigurable to serve as a co-processor integrated into existing genome analysis pipeline to boost sequence alignment or edit distance calculation. On short-read alignment, RAPIDx delivers $131.1\times$ and $46.8\times$ throughput improvements over state-of-the-art CPU and GPU libraries, respectively. As compared to ASIC accelerators for long-read alignment, the performance of RAPIDx is $1.8$-$2.9\times$ higher.


翻译:基因组序列对齐是许多生物应用的核心。 测序技术的进步产生大量数据, 使序列对齐成为生物信息学分析中一个关键的瓶颈。 首先, 我们提出的调整硬件加速器在芯片内存有限, 数据移动费用昂贵, 以及优化调整算法不善, 它们无法同时处理由测序机产生的大量数据。 在本文中, 我们提出一个基于 ReRAM 的加速器, RAPIDx, 用于序列对齐。 RAPIDx通过软件硬件硬件软件软件软件软件软件设计共同设计, 实现了更高的效率和性能。 首先, 我们提出的调适的带式平行协调算法, 适合PIM结构。 与最初的动态编程匹配, 大大降低了所需的复杂性、 数据比特宽度和记忆足迹, 代价微不足道的精确降解。 然后, 我们提出一个高效的 PIMLIM 结构, RAPIDx 实现四级平行, 我们设计一个较短的比值计算流程, 用于 RARM- RISx 的 Ralal- deal Ralalalalalalalal 。

0
下载
关闭预览

相关内容

Processing 是一门开源编程语言和与之配套的集成开发环境(IDE)的名称。Processing 在电子艺术和视觉设计社区被用来教授编程基础,并运用于大量的新媒体和互动艺术作品中。
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
77+阅读 · 2020年7月26日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
58+阅读 · 2019年10月17日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
77+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
Call for Nominations: 2022 Multimedia Prize Paper Award
CCF多媒体专委会
0+阅读 · 2022年2月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年3月16日
Arxiv
0+阅读 · 2023年3月15日
Arxiv
37+阅读 · 2021年2月10日
Learning in the Frequency Domain
Arxiv
11+阅读 · 2020年3月12日
VIP会员
相关资讯
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
Call for Nominations: 2022 Multimedia Prize Paper Award
CCF多媒体专委会
0+阅读 · 2022年2月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员