Research Article

Yeni Nesil Dizileme Analizinde Hizalama Adımının GPU Başarımı

Volume: 10 Number: 2 August 31, 2024
EN TR

Yeni Nesil Dizileme Analizinde Hizalama Adımının GPU Başarımı

Abstract

Biyolojik verilerin miktarının artmasıyla birlikte, bu verilerin etkin bir biçimde işlenebilmesi güçleşmiştir. Bu durum, biyoinformatik disiplinini ön plana çıkarmış ve ilgili araçların geliştirilmesine olan ihtiyacı artırmıştır. Yeni nesil dizileme tekniği ile üretilen büyük miktardaki verinin anlamlandırılabilmesi için hassas bir veri analizi süreci yürütülmelidir. Bu süreç içerisinde en yüksek maliyetli adım, hizalama adımıdır. Bu maliyeti azaltan en etkili tekniklerden birisi, grafik işlem biriminin kullanılmasıdır. Bu çalışmada; hizalama adımında CPU ile çalışan Burrows-Wheeler hizalayıcı ve GPU programlama versiyonu olan BarraCUDA araçlarının performansı, farklı veri setleri için hizalama oranları ve hesaplama zamanları açısından karşılaştırılmıştır. Çalışmada ayrıca, bu araçların toplam çalışma zamanlarının yanı sıra, hizalama alt adımlarının bir veya birden fazla GPU kullanıldığındaki çalışma zamanları da incelenmiştir. Her bir veri setinde kullanılan araçların hizalama oranlarında benzerlik görülmekle birlikte, GPU destekli BarraCUDA aracılığıyla farklı büyüklükteki verilerde zaman açısından önemli bir yarar sağlandığı görülmüştür. Sonuç olarak, hizalama adımında GPU kullanımı ile tek uçlu verilerde yaklaşık 5 kat, çift uçlu verilerde ise yaklaşık 9 kat hızlanma elde edilmiştir.

Keywords

Thanks

Bu araştırmada yer alan tüm nümerik hesaplamalar TÜBİTAK ULAKBİM, Yüksek Başarım ve Grid Hesaplama Merkezi’nde (TRUBA kaynaklarında) gerçekleştirilmiştir.

References

  1. [1] G. Özdemir Özdoğan, “Retinoblastom hastalığında yeni nesil dizileme veri analizi ile bir ardışık düzenin geliştirilmesi (Development of a pipeline with next-generation sequencing data analysis in retinoblastoma disease),” Ph.D. dissertation. Ankara Yıldırım Beyazıt University, Ankara, Türkiye, 2020.
  2. [2] G. Özdemir Özdoğan and H. Kaya, “Next-generation sequencing data analysis on pool-seq and low-coverage retinoblastoma data,” Interdisciplinary Sciences, Computational Life Sciences, vol. 12, no. 3, pp. 302–310, Sep. 2020. doi:10.1007/s12539-020-00374-8
  3. [3] M. Nobile, P. Cazzaniga, A. Tangherloni, and D. Besozzi, “Graphics processing units in bioinformatics, computational biology and systems biology,” Brief Bioinform., vol. 18, no. 5, pp. 870-885, Sep. 2017. doi:10.1093/bib/bbw058
  4. [4] S. Pawar, A. Stanam, and Y. Zhu, “Evaluating the computing efficiencies (specificity and sensitivity) of graphics processing unit (GPU)-accelerated DNA sequence alignment tools against central processing unit (CPU) alignment tool,” Journal of Bioinformatics and Sequence Analysis, vol. 9, no. 2, pp. 10-14, July 2018. doi:10.5897/JBSA2018.0109
  5. [5] Y. Liu, J.-Y. Li, Y.-Q. Mao, X.-L. Wang and D.-S. Zhao, “A literature evaluation of CUDA compatible sequence aligners,” in Proceedings of the International Conference on Bioinformatics Models, Methods and Algorithms (Bioinformatics-2013), P. Fernandes, J. Solé-Casals, A. L. N. Fred, and H. Gamboa, Eds. Spain: Scitepress, Feb. 2013, pp. 268-271. [Online]. Available: https://dblp.org/db/conf/biostec/bioinformatics2013.html. [Accessed: April 19, 2023].
  6. [6] X. Zhao, C. Liu, and G. Tan, “Implementation of short read alignment algorithm in OpenCL on Xeon Phi coprocessor,” in IEEE 17th International Conference on High Performance Computing and Communications, HPCC 2015. New York, NY, USA, Aug. 24-26, 2015, IEEE, 2015, pp. 1633-1636. [Online]. Available: IEEE Xplore, https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/7336403. [Accessed: May 20, 2023].
  7. [7] J. González-Domínguez, Y. Liu and B. Schmidt, “Parallel and scalable short-read alignment on multi-core clusters using UPC++,” PLoS One, vol. 11, no. 1, Jan. 2016. doi:10.1371/journal.pone.0145490
  8. [8] R. Luo, J. Cheung, E. Wu, H. Wang, S.-H. Chan, W.-C. Law and G. He, “MICA: A fast short-read aligner that takes full advantage of Many Integrated Core Architecture (MIC),” BMC Bioinformatics, vol. 16, no. 7, p. S10, Apr. 2015. doi:10.1186/1471-2105-16-S7-S10

Details

Primary Language

Turkish

Subjects

Computer Software

Journal Section

Research Article

Publication Date

August 31, 2024

Submission Date

July 5, 2024

Acceptance Date

August 22, 2024

Published in Issue

Year 2024 Volume: 10 Number: 2

APA
Akarkamçı, H., & Özdemir Özdoğan, G. (2024). Yeni Nesil Dizileme Analizinde Hizalama Adımının GPU Başarımı. Gazi Journal of Engineering Sciences, 10(2), 432-442. https://izlik.org/JA54EN85CZ
AMA
1.Akarkamçı H, Özdemir Özdoğan G. Yeni Nesil Dizileme Analizinde Hizalama Adımının GPU Başarımı. GJES. 2024;10(2):432-442. https://izlik.org/JA54EN85CZ
Chicago
Akarkamçı, Hilal, and Gülistan Özdemir Özdoğan. 2024. “Yeni Nesil Dizileme Analizinde Hizalama Adımının GPU Başarımı”. Gazi Journal of Engineering Sciences 10 (2): 432-42. https://izlik.org/JA54EN85CZ.
EndNote
Akarkamçı H, Özdemir Özdoğan G (August 1, 2024) Yeni Nesil Dizileme Analizinde Hizalama Adımının GPU Başarımı. Gazi Journal of Engineering Sciences 10 2 432–442.
IEEE
[1]H. Akarkamçı and G. Özdemir Özdoğan, “Yeni Nesil Dizileme Analizinde Hizalama Adımının GPU Başarımı”, GJES, vol. 10, no. 2, pp. 432–442, Aug. 2024, [Online]. Available: https://izlik.org/JA54EN85CZ
ISNAD
Akarkamçı, Hilal - Özdemir Özdoğan, Gülistan. “Yeni Nesil Dizileme Analizinde Hizalama Adımının GPU Başarımı”. Gazi Journal of Engineering Sciences 10/2 (August 1, 2024): 432-442. https://izlik.org/JA54EN85CZ.
JAMA
1.Akarkamçı H, Özdemir Özdoğan G. Yeni Nesil Dizileme Analizinde Hizalama Adımının GPU Başarımı. GJES. 2024;10:432–442.
MLA
Akarkamçı, Hilal, and Gülistan Özdemir Özdoğan. “Yeni Nesil Dizileme Analizinde Hizalama Adımının GPU Başarımı”. Gazi Journal of Engineering Sciences, vol. 10, no. 2, Aug. 2024, pp. 432-4, https://izlik.org/JA54EN85CZ.
Vancouver
1.Hilal Akarkamçı, Gülistan Özdemir Özdoğan. Yeni Nesil Dizileme Analizinde Hizalama Adımının GPU Başarımı. GJES [Internet]. 2024 Aug. 1;10(2):432-4. Available from: https://izlik.org/JA54EN85CZ

Gazi Journal of Engineering Sciences (GJES) publishes open access articles under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0)  1366_2000-copia-2.jpg