2015年,为了能够满足复杂的基因测序数据处理和高性能计算能力需求,英特尔推出了至强融核协处理器(Xeon Phi),它能够提供多达61个内核、244个线程、1.2万亿次浮点运算性能。但基因序列分析具有高IO密集和高计算密集的特点,还需要常规加速方法以外的特殊手段。
2016年,精准医疗进入到了算法阶段,高效的数据分析变得越来越重要,它也是精准医疗所面临的一个最核心最根本的难题。人和未来生物科技公司(国家基因检测产业示范中心)推出的基于FPGA的GTX>
从速度上来说,GTX One加速产品能够让无创产前DNA检测(NIPT)的数据比对分析效率提升100倍。比如,GTX One处理器(FPGA芯片)能在一个超过20亿个条目的海量数据字典(近90GB的数据量,即超过22张DVD数据量)中,创纪录的完成每秒860万次的查询,比一台运行Redis(公认最快内存数据库)的20核Intel Xeon E5 CPU 的服务器的查询速度快17倍。
从成本上来说,GTX One系统可以将一台拥有20核Intel Xeon E5 CPU的高性能服务器24小时的计算任务,压缩至半小时内完成。这不仅极大地降低了数据分析的时间成本,还能极大降低服务器集群的采购和运维成本。与此同时,GTX One整机满负荷功耗只有89W,是20颗Intel Xeon E5 CPU 物理核服务器整机功耗的1/5,大大降低了运行成本。
从效率上来说,GTX One处理器也带动人类精准医疗向前迈进了一大步,它专门针对序列比对和突变分析算法的并发和访存瓶颈,面向FPGA高计算性能特性,充分考虑算法各阶段流水,重新设计了生物信息分析的核心算法。其优化设计甚至细化考虑其访存可能引发的DDR控制器事务数量、DDR3颗粒内部Open Page的时间特性等,使得 GTX One处理器能够在一个双通道的8G板载DDR3内存中,从压缩的海量数据记录里,辗转腾挪,仅仅通过最多不超过4次访存的情况下,在30亿碱基长度的基因组上定位序列片段。
不过GTX One加速平台还仅仅只是人类精准医疗战略实现的第一步,人和未来(国家基因检测产业示范中心)正将这项新的技术运用到全基因组、转录组、表观遗传等数据分析上,持续不断丰富GTX One加速平台上的分析应用产品。只有不断提升高能算法和大数据分析的能力,才能真正全面提升基因检测全产业链条的整体效率,从而大幅降低检测成本、时间以及精准度,真正建立大数据健康管理解决方案。
未来大数据下,将全面进入精准医疗时代
不论从何种角度来说,基于基因测序和大数据基础之上的精准医疗,将会成为人类未来医疗发展的必然趋势。
首先,精准医疗能够极大地提升对病人治疗的有效性,也能够提供更为精准的医疗服务,这个对于当前的医疗水平发展现状来说,具有极大的促进意义。此外,精准医疗的出现,还能够降低一些非必须药物的副作用。
其次,随着精准医疗技术的不断提升,它能够减少很多无效的治疗检查,大幅降低治疗的时间。最为重要的是,随着精准医疗技术的提升,它的费用也能不断降低,同时还因为减少了其他的治疗检测项目,能够大幅降低医疗的成本。很多传统医疗单项费用看起来并不高,但实际上却浪费了很多医疗资源。
最后,从健康的角度来看,精准医疗能够提供一个更全面的健康管理方案,不论是从病情的预测到病情的治疗,精准医疗都能够更精准地对用户的病情进行较为准确地把握,能够帮助患者更全面地管理自己的健康。
总体看来,精准医疗还在不断探索的路上,企业和医疗机构秉着对生命负责的态度,才能走得更远。基因检测寄托着人类精准医疗的梦想,将在不远的将来全面走向人类并普及,这个领域也必将会诞生出许多伟大的生物科技企业。