计算机研究与发展

作者：苏华友,温文,李东升,

关键词：冷冻电镜, 正则化似然优化, 图形图像处理器, 并行计算, 高性能计算,

单颗粒冷冻电镜是结构生物学研究的重要手段之一，基于贝叶斯理论的冷冻电镜3维图像数据处理软件RELION(regularizedlikelihoodoptimization)具有很好的性能和易用性，受到广泛关注.然而其计算需求极大，限制了RELION的应用.针对RELION算法的特点，研究了基于GPU的并行优化问题.首先全面分析了RELION的原理、RELION程序的算法结构及性能瓶颈；在此基础上，针对GPU细粒度体系结构对程序进行优化设计，提出了基于GPU的多级并型模型.为了获得良好的性能，对RELION的数据结构进行重组.为了避免GPU存储空间不足的问题，设计了自适应并行框架.实验结果表明：基于GPU的RELION实现可以获得良好的性能，相比于单CPU，整个应用的加速比超过36倍，计算密集型算法的加速比达到75倍以上.在多GPU上的测试结果表明基于GPU的RELION具有很好的可扩展性.

来源：2018年第2期

《计算机研究与发展》期刊编辑部

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