We now need more than ever to make genome analysis more intelligent. We need to read, analyze, and interpret our genomes not only quickly, but also accurately and efficiently enough to scale the analysis to population level. There currently exist major computational bottlenecks and inefficiencies throughout the entire genome analysis pipeline, because state-of-the-art genome sequencing technologies are still not able to read a genome in its entirety. We describe the ongoing journey in significantly improving the performance, accuracy, and efficiency of genome analysis using intelligent algorithms and hardware architectures. We explain state-of-the-art algorithmic methods and hardware-based acceleration approaches for each step of the genome analysis pipeline and provide experimental evaluations. Algorithmic approaches exploit the structure of the genome as well as the structure of the underlying hardware. Hardware-based acceleration approaches exploit specialized microarchitectures or various execution paradigms (e.g., processing inside or near memory) along with algorithmic changes, leading to new hardware/software co-designed systems. We conclude with a foreshadowing of future challenges, benefits, and research directions triggered by the development of both very low cost yet highly error prone new sequencing technologies and specialized hardware chips for genomics. We hope that these efforts and the challenges we discuss provide a foundation for future work in making genome analysis more intelligent. The analysis script and data used in our experimental evaluation are available at: https://github.com/CMU-SAFARI/Molecules2Variations


翻译:现在,我们比以往任何时候都更需要使基因组分析更加智能。我们需要解读、分析和解释我们的基因组,不仅快速,而且准确和高效地进行我们的基因组分析,以便把分析范围扩大到人口水平。目前整个基因组分析管道存在重大的计算瓶颈和低效率,因为最先进的基因组测序技术仍然无法读出整个基因组。我们描述目前利用智能算法和硬件结构大幅改进基因组分析的性能、准确性和效率的旅程。我们解释基因组分析管道每一步骤的最新算法方法和基于硬件的加速方法,并提供实验性评价。计算方法利用基因组的结构以及基本硬件的结构。基于硬件的加速方法利用专门的微结构或各种执行模式(例如内或近记忆内处理),同时进行算法变化,导致新的硬件/软软件共同设计系统。我们总结了未来挑战、效益和研究方向,因为开发非常低的成本但高度错误的基因组分析。 以硬件为基础的加速方法利用了基因组结构结构结构结构结构结构结构结构结构。 硬件加速方法利用专门的微缩图技术或硬件结构分析,我们利用了这些研究基础,为未来分析提供了新的智能脚本。

0
下载
关闭预览

相关内容

Artificial Intelligence: Ready to Ride the Wave? BCG 28页PPT
专知会员服务
26+阅读 · 2022年2月20日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
168+阅读 · 2019年10月11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
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
99+阅读 · 2019年10月9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
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Tutorial
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Workshop
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月2日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月1日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Industry Talk2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年7月29日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22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 · 2014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
0+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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
32+阅读 · 2022年5月23日
A Survey of Deep Learning for Scientific Discovery
Arxiv
29+阅读 · 2020年3月26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
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Tutorial
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Workshop
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月2日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月1日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Industry Talk2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年7月29日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22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 · 2014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
0+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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011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