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High Performance Genomics for Software Defined Infrastructures

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Von der Genomik bis hin zu 5G, eine intelligente Ressourcenzuweisung sorgt für einen effizienten Datenverkehr

Die Datenmenge, auf die wir Zugriff haben, nimmt in beispiellosem Maße zu. Ein intelligenter Controller wird Rechenzentren helfen, Ressourcen in Echtzeit effizienter zuzuweisen, was zu einer verbesserten Leistung bei geringerem Energie- und Hardware-Aufwand und somit zu geringeren allgemeinen Betriebskosten führt.

Digitale Wirtschaft

Ob es um das Teilen wissenschaftlicher Daten im Maßstab von Quantenstörungen bis hin zu Lichtjahren entfernten kosmischen Ereignissen geht oder um die Verbindung von Menschen mit ihren Geräten als Weiterentwicklung des Internets der Dinge, Rechenzentren müssen einen stetig wachsenden Datenverkehr bewältigen. Eine automatisierte Bereitstellung und Verwaltung von IT-Ressourcen kann signifikant zur Effizienz von Rechenzentren sowie der Zufriedenheit und Produktivität der Endnutzergruppen beitragen. Eine softwaredefinierte Infrastruktur (SDI) vermag, genau das zu leisten, indem sie Softwaretechnologien zur Optimierung und intelligenten Erfüllung von Anforderungen in Echtzeit verwendet. SDI ist eine aufkommende Technologie und es gibt derzeit keine großen Rechenzentren, die sie vollständig ausnutzen, um ihren Betrieb zu optimieren. Das EU-finanzierte Projekt Hi-OMICS wurde ins Leben gerufen, um seine SDI-Controller für den Markt und eine neue Ära der Datennutzung bereit zu machen.

Mehr (Rechen-)Leistung, weniger Energie

Der Projektkoordinator David Carrera vom Barcelona Supercomputing Center (BSC) erklärt: „Ein herkömmlicher Computer besteht aus vorkonfigurierten Prozessoren, Speichern und Laufwerken. Wenn Sie sich einen Server mit vier Beschleunigern anschaffen, können Sie nicht auf acht aufstocken, ohne dass Sie physische Änderungen an der Ausrüstung vornehmen. In einer SDI werden die Ressourcen gebündelt. Sie befinden sich irgendwo im Rechenzentrum und können dank einer schnellen Netzzusammenschaltung (40 oder sogar 100 Gbps – 100 Milliarden Bits pro Sekunde) den Servern dynamisch zugeordnet werden.“ Der SDI-Controller ist die Softwarekomponente, die entscheidet, welche Hardwarekomponenten wann mit den Servern verbunden werden sollen. Hi-OMICS baut auf der Forschung des Vorgängerprojekts Hi-EST auf und hat zum Ziel, den SDI-Controller zur Verwendung in der effizienten Verwaltung von Arbeitsaufkommen im Bereich der computergestützten Genomik marktreif zu machen. Das Team konzentrierte sich darauf, Somatic MUtation FINder (SMuFin) zu verbessern, ein Programm, das am BSC entwickelt wurde und Sequenzen normaler bzw. Tumor-Genome desselben Patienten vergleicht, um somatische Sequenzvariationen bei Basenpaarauflösung zu identifizieren. Carrera erklärt: „SMuFin, verwendet Ressourcen nicht zu jeder Zeit auf einheitliche Weise, wie jede andere Genomikpipeline auch. Unser Controller legt kompatible Arbeitsaufkommen zusammen, um die Hardware-Anforderungen von Rechenzentren und die Gesamtkosten, die durch das Eigentum einer solchen Anlage entstehen, zu senken.“ Die neue Version von SMuFin, die zum Patent angemeldet wurde, erreicht eine 20-fache Verringerung des Energieverbrauchs und eine zweifache Verbesserung, was die Leistung angeht.

Intelligente Ressourcenzuweisung auf vielfache Weise

Zwar hat der SDI-Controller am BSC erhebliche Auswirkungen, allerdings ergab die Marktanalyse von Hi-OMICS, dass der Genomikmarkt noch nicht bereit ist, ihn einzusetzen. Andererseits zeigte sie enormes Potenzial für Anwendungen im 5G-Sektor und für das Internet der Dinge auf. Carrera musste nicht auf künstliche Intelligenz zugreifen, um den SDI-Controller des Teams flexibel umzuverteilen. „Unser Start-up Nearby Computing macht SDI-Technologien für den Bereich 5G/Internet der Dinge marktreif, wo sie den Rechenzentren von Unternehmen wie Cloud-Anbietern, Betreibern von Mobilnetzwerken und großen Industriebetrieben zugutekommen“, gibt Carrera an. Obwohl die Ergebnisse der Marktanalyse unerwartet waren, haben Sie das Team angespornt, die Lücke zwischen Forschungs- und kommerziellen Anwendungen zu schließen. Nearby Computing wurde 2018 gegründet, hat nun zehn Mitarbeiter*innen und ist an mehreren Konzeptnachweisaktivitäten in fünf verschiedenen Ländern beteiligt. Während Computerarchitekturen sich zu einem immer effizienteren Betrieb entwickeln, plant das Unternehmen, die neue Ära der Datennetzwerke, die 5G/das Internet der Dinge verwenden, mitzugestalten.

Schlüsselbegriffe

Hi-OMICS, Daten, softwaredefinierte Infrastruktur (SDI), SDI-Controller, Rechenzentrum, Internet der Dinge, 5G, Software, Computerwesen, Energie, Hardware, Computer, Supercomputing, Server, Netzwerk, Internet

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