Nanopore sequencing generates noisy electrical signals that need to be converted into a standard string of DNA nucleotide bases using a computational step called basecalling. The accuracy and speed of basecalling have critical implications for all later steps in genome analysis. Many researchers adopt complex deep learning-based models to perform basecalling without considering the compute demands of such models, which leads to slow, inefficient, and memory-hungry basecallers. Therefore, there is a need to reduce the computation and memory cost of basecalling while maintaining accuracy. Our goal is to develop a comprehensive framework for creating deep learning-based basecallers that provide high efficiency and performance. We introduce RUBICON, a framework to develop hardware-optimized basecallers. RUBICON consists of two novel machine-learning techniques that are specifically designed for basecalling. First, we introduce the first quantization-aware basecalling neural architecture search (QABAS) framework to specialize the basecalling neural network architecture for a given hardware acceleration platform while jointly exploring and finding the best bit-width precision for each neural network layer. Second, we develop SkipClip, the first technique to remove the skip connections present in modern basecallers to greatly reduce resource and storage requirements without any loss in basecalling accuracy. We demonstrate the benefits of RUBICON by developing RUBICALL, the first hardware-optimized basecaller that performs fast and accurate basecalling. Compared to the fastest state-of-the-art basecaller, RUBICALL provides a 3.96x speedup with 2.97% higher accuracy. We show that RUBICON helps researchers develop hardware-optimized basecallers that are superior to expert-designed models.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

机器学习系统设计系统评估标准
百篇论文纵览大型语言模型最新研究进展
专知会员服务
69+阅读 · 2023年3月31日
【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
115+阅读 · 2022年4月21日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
161+阅读 · 2020年3月18日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
30+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
144+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
26+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014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 · 2011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 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
19+阅读 · 2022年7月29日
Arxiv
22+阅读 · 2022年2月24日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
26+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014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 · 2011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 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员