ระบบการประมวลผลเชิงขนานสำหรับโปรแกรมบลาสท์

Abstract

บลาสท์เป็นโปรแกรมเปรียบเทียบลำดับของโปรตีนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดโปรแกรมหนึ่ง ซึ่งใช้หาลำดับข้อมูลพันธุกรรมหรือโปรตีนที่ค้นพบใหม่กับนิวคลีโอไทด์หรือกรดอะมิโนที่อยู่ในฐานข้อมูลที่เหมือนกันอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ โดยการเปรียบเทียบดังกล่าวช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถอนุมานเกี่ยวกับโครงสร้างและหน้าที่ของโปรตีนที่ถูกค้นพบ หรือเพื่อเลือกลำดับของโปรตีนใหม่ๆ เพื่อใช้ในการค้นคว้าต่อไป ถึงแม้ว่าโปรแกรมบลาสท์ได้ถูกออกแบบเพื่อความเร็วแล้วก็ตาม จุดอ่อนที่สำคัญที่สุดของโปรแกรมบลาสท์คือ โปรแกรมใช้ทรัพยากรระบบอย่างมากไม่ว่าจะเป็นเวลาของหน่วยประมวลผลกลาง หน่วยความจำ หรือการรับเข้า/ส่งออกของข้อมูล โดยโปรแกรมบลาสท์ใช้เวลานานมากในการเปรียบเทียบข้อคำถามจำนวนมากกับฐานข้อมูลขนาดใหญ่ การศึกษาเบื้องต้นเกี่ยวกับโปรแกรมบลาสท์ชี้ชัดว่า เวลาในการทำงานเป็นสัดส่วนกับขนาดของฐานข้อมูลที่ใช้ในการเปรียบเทียบ โดยโปรแกรมบลาสท์จะมีประสิทธิภาพสูงสุดเมื่อฐานข้อมูลทั้งหมดอยู่ในหน่วยความจำหลักขณะประมวลผล เนื่องจากฐานข้อมูลทางพันธุศาสตร์มีขนาดมหาศาลและจะเพิ่มขนาดขึ้นเป็นสองเท่าในทุกๆ 1.3 ปีเพราะฉะนั้นการปรับปรุงความสามารถของโปรแกรมในหน่วยความจำที่จำกัดจึงเป็นสิ่งที่สำคัญ วิทยานิพนธ์นี้เสนอการตัดแบ่งฐานข้อมูลออกเป็นส่วนเล็กๆ จนอยู่ในหน่วยความจำหลักได้ และทำการเปรียบเทียบลำดับของโปรตีนกับฐานข้อมูลที่ถูกแบ่งด้วยหน่วยย่อยของระบบประมวลผลเชิงขนาน จากนั้นจึงทำการเชื่อมต่อผลลัพธ์ที่ได้จากเปรียบเทียบเข้าด้วยกัน พบว่าระบบที่ได้ทำการพัฒนาขึ้นสามารถขจัดการสับเปลี่ยนค่าข้อมูล จะเห็นได้จากอัตราการเร่งความเร็วในระดับซูเปอร์ลีเนียร์