腾讯云推出二代基因测序FPGA加速方案，赋能基因科学领域

Posted 2021-04-28 腾讯云

伴随着基因测序技术的快速发展，基因数据的生成呈现指数级增长，对分析能力提出更高要求。近日，腾讯云正式推出国内首个基于自研FPGA极光技术的NGS加速方案，极大提升人类全基因组分析效率，有效改善基因领域数据分析速度慢、效率低等问题。

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腾讯云全面赋能改善基因领域难题

基因测序作为一种新型的基因检测技术，在生命科学研究中扮演着十分重要的角色，行业的蓬勃发展催生了生物基因数据爆炸式的增长，使得基因企业、科学工作者等面临新的挑战。日前，腾讯云表示将全面开放各项IT能力，在传输、存储、计算、管理和洞察等方面，助力生物基因领域全面快速发展。

首先，面对基因数据量的传输难题，腾讯云建成国内最全的28线BGP网络环境，使基因客户快速稳定地上传和下载数据，同时还能帮助基因企业客户做数据上云，通过一键分发的功能让基因企业将数据传递给科研用户。其次，腾讯云通过提供文件存储、对象存储和归档存储等存储服务，满足基因领域客户面对不同的数据使用场景和需求，而针对最核心的计算环节，腾讯云提供超算云服务，使科研工作者和基因企业能够选择多种高性能的虚拟机和物理机来加速基因计算。

除此之外，腾讯云为基因行业专门开发了一体化的数据管理平台“腾讯云双螺旋PAAS平台”，满足基因用户传、存、算、管等需求。据了解，腾讯云双螺旋平台具有三大特点。首先是快速分析，通过在双螺旋上使用FPGA来加速基因分析过程，对二代测序，已经可以节省90%的时间，后续会继续推出三代加速的服务。其次是节省费用，依托双螺旋的精准调度能力，双螺旋会在计算过程中按需调度最匹配的算力执行任务，避免出现CPU或内存大量空跑情况。第三是人工智能技术的赋能，已在精准医疗领域落地。例如，在广东，AI腾讯觅影在帮助医生做早期食道癌的筛查，对一张内镜检查影响，觅影AI可以在4秒内做出诊断，准确率达到90%。

▲腾讯双螺旋PAAS平台特点示意图

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NGS加速方案

提升人类全基因组分析效率与分析准确率

腾讯云基因团队近日推出的基于自研FPGA极光异构系统的NGS加速方案，可将人类全基因组分析从30小时优化到2.8小时。在实验过程中，研究人员采用一份30倍测序深度的人类全基因组FASTQ文件（NA12878），分别在业界常用的通用高性能服务器与搭载FPGA极光异构系统的服务器上进行了对比测试，实验数据表明，腾讯NGS加速方案加速比超过10倍。

▲传统计算系统与腾讯极光异构系统对比

据了解，传统的计算系统通过采用多个高端CPU搭建HPC系统实现了缩短时间的目的，但这样也使得成本增加，基因企业规模受限。而腾讯极光异构系统在提供卓越性能的同时，还能进一步降低基因客户的成本。它采用自研核心技术极光（Aurora Technology），通过以下三个方面整体优化传统的分析和计算流程。

第一，搭载BWA_MEM和Variant Calling专用硬件算法核。采用业界顶尖的大规模集成电路设计技术，把算法性能提升了一个台阶。

第二，算法级优化内存访问的方式。

第三，IO瓶颈导致系统性能无法提升一直是基因二代分析流程的一大痛点，通过系统和算法级别优化以及异构加速大幅降低IO带宽需求。

▲腾讯极光技术原理解析

在极大提升分析效率的同时，极光技术还保证了优异的分析准确率，与传统软件分析准确率基本一致。研究人员将通用服务器和极光异构系统上计算得出的分析结果，上传PrecisionFD网站进行比对。比对结果如下图2和图3所示：

▲图2：通用处理器测试结果

▲图3：极光异构系统测试结果

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满足不同场景应用需求

助力基因客户商业成功

腾讯云依托在云计算、大数据、人工智能等领域的丰富经验和积累，能够满足不同类型基因用户的不同场景和模式需求的能力，使其生物基因生态解决方案已成为众多生命科学领域用户的优先选择。这其中就包括诺禾致源、碳云智能、格致基因等，腾讯云，正在以智能解决方案推动着生命科学行业的发展。

致力于生命科学研究与人类健康领域的诺禾致源，利用腾讯超算云精准匹配所需资源，满足其在基础科研、基因数据处理及临床应用等不同应用场景和模式下对数据处理、存储和传输的严苛要求，帮助科研和医疗人员更专注解决科学和临床问题。

碳云智能作为生命科学领域的创新公司，依托腾讯云在互联网和人工智能等方面的优势，以及弹性、高效、低延迟的在线计算和大数据处理领先能力，建立了一个包括生物样本管理系统、分析计算系统、用户数据管理系统等在内的数字生命的大数据平台。运用人工智能技术分析、处理数据、寻找碳基生命的硅基未来，帮助每一个人管理数字生命健康。

针对基因科学领域企业伙伴的不同量级，腾讯云不断推出高性价比产品满足需求。格致基因合伙人黄柯表示，腾讯云提供的黑石实体结合虚拟机弹性计算的方案，很好地满足了低成本高性能计算需求，在生命科学新领域提供高质量服务，为初创公司提供了良好的解决方案。

腾讯云一直致力于为客户提供行业领先的解决方案，助力客户解决所遇到的瓶颈。在基因科学领域，腾讯云表示未来将会推出更多服务，进一步降低基因客户的成本和提升整体性能。据了解，腾讯云极光FPGA加速能力将通过双螺旋产品进行开放，目前已开放体验测试预约，您可扫描下方二维码进行预约，先人一步体验，享受更多优惠。