Hardware implementation of a hybrid viterbi plan7/divergence protein comparisson accelerator in vhdl / Implementação em hardware de um acelerador hibrido viterbi-plan7/algoritmo das divergências para comparação de proteinas

AUTOR(ES)

Juan Fernando Eusse Giraldo

DATA DE PUBLICAÇÃO

2009

RESUMO

Os Modelos Ocultos de Markov (HMM Hidden Markov Models) constituem uma poderosa ferramenta para mapeamento e organização de proteínas, uma vez que permitem reconhecer estruturas altamente representativas e unidades funcionais dentro das cadeias de aminoácidos que as conformam. O Viterbi é um dos principais algoritmos para comparação e identificação de proteínas (sequências de aminoácidos) baseados em HMM, e é implementado dentro do software livre HMMER [1][2], muito utilizado na comunidade científica. Nos últimos anos, devido ao crescimento exponencial das bases de dados que armazenam proteínas, surge a necessidade de acelerar a execução do software para reduzir os tempos de processamento dos algoritmos de comparação. Neste trabalho de mestrado, é realizada a aceleração do software HMMER para alinhamento de sequências biológicas através da implementação de um acelerador em hardware. O acelerador proposto utiliza um novo algoritmo chamado de Algoritmo das Divergências, o qual permite ao sistema completo (Hardware+Software) economizar uma grande quantidade de cálculos para gerar os alinhamentos de proteínas. O Hardware produz a medida de similaridade da proteína com o modelo HMM e os índices inicial e final da porção de interesse da sequência de aminoácidos como uma primeira etapa de filtragem. Isto, quando gerado pelo acelerador, significa uma economia de processamento adicional para o software, o qual tem que reprocessar dita região para gerar o alinhamento da sequência com o profileHMM, e contribui com a aceleração da execução do algoritmo. O Acelerador atinge ganhos de até 182x quando comparado com o software não acelerado. Além disso, o trabalho propõe uma nova medida para a comparação do desempenho e realiza medições exatas acerca da aceleração atingida ao integrar o acelerador ao fluxo de execução do software.

ASSUNTO(S)

bioengenharia engenharia de software biologia computacional síntese protéica engenharia eletrica bioquímica algoritmos de computador

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