日前，在德國(guó)法蘭克福會(huì)展中心舉行的2018國(guó)際超算大會(huì)（ISC18）上，浪潮分享了面向第三代基因測(cè)序組裝軟件的高性能計(jì)算系統(tǒng)優(yōu)化方案。浪潮的FALCON優(yōu)化方案使得關(guān)鍵步驟計(jì)算性能提升了20%左右，而浪潮并行優(yōu)化的MECAT相比原單機(jī)版本獲得了近10倍的性能提升，優(yōu)異的性能表現(xiàn)引發(fā)了國(guó)際同行的極大關(guān)注。

ISC現(xiàn)場(chǎng)，浪潮AI Dr.朱紅分享第三代基因測(cè)序計(jì)算優(yōu)化方案

二代測(cè)序和三代測(cè)序都屬于高通量測(cè)序技術(shù)，測(cè)序數(shù)據(jù)產(chǎn)出量很大，需要結(jié)合高性能計(jì)算技術(shù)來(lái)進(jìn)行后續(xù)的測(cè)序數(shù)據(jù)處理。相較于二代測(cè)序技術(shù)，以單分子測(cè)序技術(shù)為代表的三代基因測(cè)序帶來(lái)了更長(zhǎng)的測(cè)序讀長(zhǎng)，這使得對(duì)更加復(fù)雜的物種如各種農(nóng)作物和植物等的基因研究成為可能，但是相對(duì)更高的測(cè)序錯(cuò)誤率（～15%）需要進(jìn)行數(shù)據(jù)糾錯(cuò)，又對(duì)高性能計(jì)算帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。三代基因測(cè)序組裝這類應(yīng)用對(duì)于系統(tǒng)的計(jì)算性能、網(wǎng)絡(luò)和磁盤等方案都有很高的要求。很多用戶在通常的高性能計(jì)算平臺(tái)來(lái)處理測(cè)序數(shù)據(jù)時(shí)，性能都不理想。

目前，由Pacbio公司開發(fā)的FALCON及中國(guó)的中山大學(xué)開發(fā)的MECAT是第三代基因測(cè)序組裝領(lǐng)域的兩款主流軟件。FALCON由于把測(cè)序數(shù)據(jù)（raw data）切割成KB級(jí)別的卷來(lái)進(jìn)行糾錯(cuò)，服務(wù)器租用 免備案服務(wù)器，因而需要頻繁的磁盤I/O，所以在計(jì)算過程中，磁盤I/O經(jīng)常會(huì)成為系統(tǒng)瓶頸。浪潮專家優(yōu)化FALCON軟件的底層參數(shù)，優(yōu)化了軟件架構(gòu)，降低了系統(tǒng)對(duì)于硬件I/O依賴，下圖為處理同一測(cè)試用例時(shí)，服務(wù)器租用 免備案服務(wù)器，優(yōu)化前后磁盤I/O強(qiáng)度對(duì)比。

優(yōu)化FALCON前后磁盤I/O強(qiáng)度對(duì)比

優(yōu)化完成后，F(xiàn)ALCON軟件的核心部分性能提升了20%，而且軟件的集群擴(kuò)展性也有明顯提升。

優(yōu)化后FALCON核心部分性能提升20%

針對(duì)MECAT軟件，浪潮完成了該軟件從單機(jī)環(huán)境向集群環(huán)境的并行優(yōu)化工作。經(jīng)測(cè)試，新部署的經(jīng)過浪潮并行優(yōu)化的集群版本在12個(gè)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行時(shí)，可以把人類全基因組組裝時(shí)間從200多個(gè)小時(shí)縮短到不足24小時(shí)，相比原單節(jié)點(diǎn)版本獲得近10倍的加速比，這表明集群版本的擴(kuò)展線性度非常好。下圖是MECAT組裝過程中各個(gè)環(huán)節(jié)的用時(shí)對(duì)比：

MECAT組裝過程各環(huán)節(jié)用時(shí)對(duì)比