Accelerate multiple sequence alignment by cluster algorithm using reconfigurable hardware

العناوين الأخرى

تسريع محاذاة التسلسل المتعدد بواسطة العنقودية الخوارزمية باستخدام أجهزة قابلة لإعادة التكوين

المؤلفون المشاركون

Abu al-Wafa, Wail
Salim, Asma Jamal
Hamid, Hisham Fathi A.

المصدر

Journal of al Azhar University : Engineering Sector

العدد

المجلد 15، العدد 56 (31 يوليو/تموز 2020)، ص ص. 798-809، 12ص.

الناشر

جامعة الأزهر كلية الهندسة

تاريخ النشر

2020-07-31

دولة النشر

مصر

عدد الصفحات

12

التخصصات الرئيسية

الهندسة الكهربائية

الموضوعات

الملخص AR

المحاذاة التسلسلية للجينوم البشري هي مشكلة أساسية في علم البيولوجيا الجزيئية يستخدم أخصائي المعلوماتبه البيولوجية مقارنة التشابه بين تسلسلات الحمض النووي الحمض النووي الريبي أو البروتين لإيجاد العلاقة بين الكائنات الحية.

و للتعرف على الهوية الشخصية.

باستخدام جهاز التسلسل من الجيل الثاني يزيد معدل البيانات التي يتم تخليلها يوميا زيادة كبيرة حتى اصبخ حجمها لا يمكن معالجته بطريقة حسابية او ان التحليل يستغرق أياما حتى يكتمل.


تتطلب محاذاة التسلسلات التقليدية المرتكزة على برامج الكمبيوتر عدة ساعات أو أيام و ذلك على أحدث المعامل التي لا يمكنها تلبية الطلب المتزايد على هذه المهمة المتكررة يوميا.

يوصف في هذه المقالة بنية محاذاة التسلسل المتعدد القائم على الأجهزة ( ال اف يى جى ايه ) و يعرض المخطط الشامل لتنفيذ تلك الأجهزة من محاذاة تسلسل معلوم لتقنية المحاذاة االمعتمده عالميا لتحقيق معالجة دقيقه في وقت أقصر بكثير عن برامج الكمبيوتر و التي توفر أداء أفضل مقارنة بالطرق الأخرى.

أجريت التجربة من أجل دراسة المحاكاة لفح ص خوارزمية سميث و وترمان المتوازية لتلك الأجهزة على أساس تقنية التقسيم و التجميع على مصفوفات مبرمجة حقليا مختلفة الإمكانيات منها الصناعية و منها العسكرية الاستخدام مما يؤدي إلى تغيير منحنى تدوين كبير مما يؤدي إلى زيادة معدل العمليات الحسابية في الثانية الواحدة ضرب بعامل عشره اس (ام-بى) و حوالي 690مره أسرع من الخوارزمية التسلسلية للبرامج المستخدمة.

يستنتج هذا العمل حلا ويوفر مرجعا لمزيد من محاذاة التسلسل المتسارع على المصفوفات المبرمجة حقليا باستخدام خوارزمية متوازية.

و كنتيجة لهذا الإجراء يمكن إجراء محاذاة التسلسل المتعدد للجينوم البشري بأكمله بطول كمير (تسلسلات بطول ك)في أقل من ساعة واحدة لتحقيق توافق تسلسلي للأجهزة المحلية في كل مختبر معلوماتية حيوية بتكلفه اقل مما تستخدم حاليا.

الملخص EN

Sequence alignment of the human genome is a foundation problem in molecular biology; bioinformatician uses this similarity comparison between DNA, RNA, or protein sequences, to find the relationship between organisms or species, and for personal identification.

With the next-generation sequencer, the rate of data generated is exponentially increasing the rate at which it cannot be computationally processed.


Traditional sequence alignment based on PC software's alignment tools requires several hours on state of the art workstations which cannot fulfill the increasing demand for this daily repetitive task.

A hardware-based multiple sequence alignment architecture is described in this manuscript, expresses a comprehensive blueprint of the hardware implementation of small sequence alignment, for pair-wise global alignment technique to achieve high-throughput processing in a far shorter time using reconfigurable hardware, which provides better performance compared to the other platforms.

The experiment was conducted for the simulation study to examine a Parallel Hardware Smith-Waterman algorithm based on Divide and Extended technique (PHSW-DE) on different FPGAs, which changing the curve of Big O notation, leads to GCUPS multiplied by a factor of 10(M-P), and about 690x faster than used software sequential algorithm.

This work will conclude a solution and provide a reference to further accelerating sequence alignment on an FPGA-based architecture using a parallel algorithm.

As a conclusion for this procedure, the whole human genome multiple sequencing alignment of K-Mer length can be done in less than one hour, to achieve a local hardware sequence alignment in every bioinformatics laboratory.



نمط استشهاد جمعية علماء النفس الأمريكية (APA)

Salim, Asma Jamal& Hamid, Hisham Fathi A.& Abu al-Wafa, Wail. 2020. Accelerate multiple sequence alignment by cluster algorithm using reconfigurable hardware. Journal of al Azhar University : Engineering Sector،Vol. 15, no. 56, pp.798-809.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1009695

نمط استشهاد الجمعية الأمريكية للغات الحديثة (MLA)

Salim, Asma Jamal…[et al.]. Accelerate multiple sequence alignment by cluster algorithm using reconfigurable hardware. Journal of al Azhar University : Engineering Sector Vol. 15, no. 56 (Jul. 2020), pp.798-809.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1009695

نمط استشهاد الجمعية الطبية الأمريكية (AMA)

Salim, Asma Jamal& Hamid, Hisham Fathi A.& Abu al-Wafa, Wail. Accelerate multiple sequence alignment by cluster algorithm using reconfigurable hardware. Journal of al Azhar University : Engineering Sector. 2020. Vol. 15, no. 56, pp.798-809.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1009695

نوع البيانات

مقالات

لغة النص

الإنجليزية

الملاحظات

-

رقم السجل

BIM-1009695