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基因测序5年增速500倍！摩尔定律怎么办？
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【导语】：苏州大学医学部承担着多项国家级基因研究项目，随着基因测序速度的提高，高性能计算平台的要求也水涨船高。为更好的开展基因组研究，苏州大学医学部启用了浪潮高性能计算平台，该平台投入运行后，测序数据处理量从原来的每天500GB提高到了4TB，从512核到1152核的运行效率提高了4倍。 在基因组学研究中，高通量测序是最重要的数据来源。然而，高通量测序技术的飞速发展，在给基因组学研究带来极大便利的同时，也带来了“幸福的烦恼”：单次测序数据量的大幅度提升，使得基因组学研究从原来的“测的没有算的快”，变为如今的“算的没有测的快”。众多基因研究机构对更高性能的数据处理平台，产生了更加迫切的需求，苏州大学医学部也是其中的一员。 测序速度五年提升500倍！摩尔定律怎么破？ 最近几年，高通量测序技术的发展比摩尔定律还要更快，如2005年的Roche 454测序仪运行一次可产生400MB左右的基因序列文件，而2010年的Illumina HiSeq 2000运行一次，可以产生200GB的基因序列文件，测序速度在短短的五年内提升了500倍。 以HiSeq 2000测序仪为例，其单台每月能产生6TB数据，而大型科研机构可能会有几十台测序仪（华大基因在2010年的时候，就拥有137台Illumina HiSeq），每年的数据产出量将达到PB量级。 这些数据产出后，需要不断增加存储服务器容量以满足需求，下一步就是进行数据处理，如进行序列比对、序列拼接等，需要大内存胖节点机器才能满足运行需求，尤其针对序列拼接应用。此外，在数据处理中如果是多用户同时访问数据或访问存储介质，那么并发访问和计算造成的网络压力、磁盘I/O压力都可能从不同程度限制应用运行效率，进而影响科研进度。 因此，如何从这些海量数据中“淘金”，已经成为基因组研究中现实面临的重大问题，对大规模的高性能计算平台提出更高要求，其中对存储容量、存储数据安全性有很高的要求，并且对计算机的运算速度、内存容量、内存带宽、网络带宽等方面也有不同程度的需求。 以摩尔定律增长的计算速度，该如何应对测序速度超常规的增长？ 破题：胖瘦结合、软硬一体 在苏州大学医学部高性能计算平台的建设上，浪潮以软硬一体的高性能计算集群方案，给出了答案。 苏州大学医学部现阶段主要运行GROMACS、NAMD、LAMMPS、VASP、Gaussian等应用软件，其中前三种属于MPI编程，后两种属于OpenMP编程类型。这两种编程对通讯速率、内存带宽的要求不一样。根据这些软件的特点，浪潮制定了胖瘦节点结合、基于英特尔®至强®E5-2600系列的高性能天梭TS10000集群系统解决方案，其中瘦节点采用浪潮NF5270M3服务器，该服务器是双路架构并具备智能计算加速技术，比较适合GROMACS，NAMD，LAMMPS等适合跨节点运行的分布式内存程序。而在胖节点方面则采用浪潮NF8520四路服务器 ，该服务器具备非常稳定的品质，最大支持40颗物理核心，80个线程，支持1TB的超大内存空间，比较适合VASP、Gaussian等适合共享大内存的程序。这种胖瘦结合的节点架构，能更好的满足不同计算任务的需求，充分发挥系统效能。 整个系统的计算网络采用业界主流的56Gbps全线速Infiniband网络，并且采用了模块化Infiniband交换机，相对于小交换机堆叠网络可靠性高，易管理，且能够节省1/2数量的线缆，从而充分满足系统的高速通信需求。 而存储系统采用浪潮TSExaStor并行文件系统存储，TSExaStor是浪潮依托“高效能服务器和存储技术国家重点试验室”，为满足高性能科学计算领域对存储的苛刻要求，自主研发的高带宽、高IOPS的统一存储系统。采用多控制器体系架构，具有高度安全性的特性；支持PB级容量扩展，全局统一命名空间，性能随容量的增加而线性提升；支持图形化监控界面，实时监控文件系统各种参数；支持多种备份机制，定制化的备份策略，可选择备份到其它文件系统。 除此之外，浪潮自主开发的智能化、专用定制化的Cluster Engine高性能计算服务平台，具有更多人性化功能，帮助用户更快的构建系统、更好的应用系统、完善的管理系统，提升整体集群的使用效果，保证了用户良好的应用。 浪潮高性能计算平台投入运行后，苏州大学医学部的测序数据处理量从原来的每天500GB提高到了4TB，从512核到1152核的运行效率提高了4倍。 生命科学是浪潮传统的优势领域。早在2010年，浪潮HPC就在高教行业生命科学细分市场取得了占有率第一的成绩。而基于对生命科学领域的专业应用的理解，以及丰富的异构架构的应用移植经验，也使得浪潮在生命科学领域，获得了更多像苏州大学医学部这样新用户的认可。 |
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