發(fā)布時間：2017-07-15 13:19

  本文關鍵詞：應用于蛋白質(zhì)折疊分析的大規(guī)模NoC眾核計算平臺

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【摘要】：蛋白質(zhì)的生化功能對于生物活動的正常進行至關重要。而蛋白質(zhì)的正常功能與其空間構型具有密不可分的關系。但是通過實驗手段測定蛋白質(zhì)的空間構型具有時間成本和物質(zhì)成本上的實際困難。因此利用一定建模手段對蛋白質(zhì)的折疊構型做出一定預測成為了計算生物學和生物信息學中非常重要的課題。然而根據(jù)氨基酸序列對蛋白質(zhì)的結構進行預測的計算負載需要強大的計算平臺例如集群系統(tǒng)來負荷。為此本文提出了一個用于蛋白質(zhì)折疊分析基于片上網(wǎng)絡NoC(Network on chip)的眾核平臺。本文首先分析了將傳統(tǒng)的并行遺傳算法映射到一個基于網(wǎng)狀拓撲(Mesh)的眾核平臺上的瓶頸。隨后針對于這一問題從硬件和軟件協(xié)同設計的角度進行了解決。具體來說,本文首先提出了一種層次化的片上網(wǎng)絡的眾核平臺,將處理器核劃分成多個獨立的島嶼,通過定制的島間和島內(nèi)通訊結構組織起來。得益于該平臺的高擴展性,本文實現(xiàn)了100核到1200核的集成仿真,并且完成了一個100核的FPGA的物理實現(xiàn)并評估了其硬件開銷和功耗。同時本文還提出了一種遺傳算法的移民機制來利用所提出的平臺的大規(guī)模的并行性。仿真結果說明,本文提出的層次化的多島平臺實現(xiàn)了近線性的計算加速比和比擬集群系統(tǒng)的蛋白質(zhì)構型的解質(zhì)量。
【關鍵詞】：蛋白質(zhì)折疊 片上網(wǎng)絡 眾核
【學位授予單位】：復旦大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：Q51;Q811.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 第一章 引言7-10
• 1.1 研究背景7-8
• 1.2 研究發(fā)展現(xiàn)狀8-9
• 1.3 本文的貢獻9
• 1.4 論文組織結構9-10
• 第二章 蛋白質(zhì)折疊問題10-17
• 2.1 蛋白質(zhì)折疊問題綜述10-12
• 2.2 蛋白質(zhì)的結構組成12-13
• 2.3 蛋白質(zhì)的HP模型13-15
• 2.4 蛋白質(zhì)結構的編解碼方法15-17
• 第三章 遺傳算法17-25
• 3.1 NPC問題與探索性算法17-18
• 3.2 遺傳算法的基本概念18-21
• 3.3 蛋白質(zhì)折疊的并行遺傳算法21-25
• 第四章 網(wǎng)狀拓撲的單島平臺25-47
• 4.1 單島平臺總體架構25-27
• 4.2 主從處理器設計27-30
• 4.3 片上網(wǎng)絡NoC設計30-47
• 4.3.1 片上網(wǎng)絡NoC總體架構33-35
• 4.3.2 路由算法35-37
• 4.3.3 流量控制37-44
• 4.3.4 路由結構44-47
• 第五章 基于交換Hub的多島平臺47-57
• 5.1 單島平臺的瓶頸47-50
• 5.1.1 有限網(wǎng)絡容量和加速比飽和47-49
• 5.1.2 局部最小陷阱49-50
• 5.2 多島平臺總體架構50-52
• 5.3 交換Hub設計52-55
• 5.4 基于健康度的動態(tài)移民算法55-57
• 第六章 平臺驗證57-65
• 6.1 平臺驗證設置57
• 6.2 單島平臺驗證57-60
• 6.3 多島平臺驗證60-65
• 第七章 總結與展望65-68
• 7.1 總結65
• 7.2 展望65-68
• 參考文獻68-71
• 個人發(fā)表論文目錄71-72
• 致謝72-73

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