Informace o publikaci

A GPU acceleration of 3-D Fourier reconstruction in cryo-EM

Název česky GPU akcelerace 3D Fourierovy rekonstrukce v cryo-EM
Autoři

STŘELÁK David SORZANO Carlos Óscar S. CARAZO José María FILIPOVIČ Jiří

Druh Článek v odborném periodiku
Časopis / Zdroj The International Journal of High Performance Computing Applications
Fakulta / Pracoviště MU

Ústav výpočetní techniky

Citace
WWW https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/1094342019832958
Doi http://dx.doi.org/10.1177/1094342019832958
Klíčová slova Cryo-EM, GPU, CUDA, 3-D Fourier reconstruction, auto-tuning
Popis Cryo-elektronová mikroskopie je oblíbená metoda pro determinaci struktury makromolekul. Rekonstrukce 3D objektu z hrubých dat zázkaných z mikroskopu je vysoce výpočetně náročná. Proto má akcelerace rekonstrukce vysokou praktickou hodnotu. V tomto článku představujeme nový pro GPU architekturu vhodný algoritmus sloužící k přímé Fourierově rekonstrukci, což je jedna z výpočetně nejnáročnějších částí rekonstrukce 3D objektu v některých experimentech (především v takových, kde je použit velký počet obrázků s vysokou vnitřní symetrií). Ve srovnání se současným stavem poznání využívá náš algoritmus gather přístup do paměti, což zlepšuje cache lokalitu a odstraňuje race conditions v paralelním zápisu do 3D objemu. Představujeme také detailně vyladěnou CUDA implementaci algoritmu, která využívá autotuning pro vyhledání kombinace parametrů maximalizujích výkon na dané GPU architektuře. Naše CUDA implementace je integrována v široce používaném nástroji Xmipp verze 3.19 a dosahuje 11.4x zrychlení ve srovnání s původní paralelní CPU implementací při použití GPU s obdobnou spotřebou. Navíc jsme dosáhli 31.7x zrychlení při použití čtyř GPU a 2.14x až 5.96x zrychlení oproti optimalizované GPU implementaci založené na scatter přístupu do paměti.
Související projekty: