[发明专利]基于CPU+GPU异构系统的序列比对方法

权利要求书

1.运行于CPU+GPU异构系统的序列比对方法或大规模序列比对方法，该方法包括以下过程：

1)对序列进行优化存储，和实施异构系统负载平衡，其中在序列从CPU传输到GPU之前，先对序列进行序列优化存储；

2)设计内存优化方式，该优化方式包括：满足合并访问条件的序列存储方式、相似矩阵存储和访问方式和得分矩阵压缩存储方式；

其中内存优化方式包括：

(1)满足合并访问的序列存储方式：当所有的序列被组织成包含16条序列组的序列集后，序列存储成字符矩阵的形式；这些序列集以交织的方式存储；每个交织的子集由序列组中的8个字符组成，即：首先存储序列集第一个序列组的8个字符，然后再存储该序列集第二个序列组的8个字符，由此类推；

(2)相似矩阵存储和访问方式：相似矩阵的访问是随机的，并且它的大小完全依赖于所比对的序列；和/或

(3)得分矩阵压缩存储方式：得分矩阵用来跟踪最优得分路径，记录比对过程中在每条序列插入空位的起始位置以及空位的数目；其中采用压缩方法MRLE来压缩得分矩阵，并且将原矩阵压缩成两个行向量Av和Ar；

3)基于内存预分配和复用策略，采用粗粒度并行方式进行比对或并行比对；

其中：采用粗粒度并行方式进行比对的过程包括：

(1)运行一种内存预分配和复用策略，其中将一对序列集分配给一个线程进行比对；

(2)常数时间工作任务获取过程，其中序列进行变换后，n条序列被组织成l个序列集{0,1,…,l-1}；和

(3)粗粒度序列比对并行过程，其中一个线程处理一个序列集与另一个序列集之间的两两比对。

2.根据权利要求1所述的方法，其中序列优化存储包括以下二个子步骤：

排序：序列按长度进行排序来减少相邻线程处理序列的长度差异，以减少线程间的等待时间；和

连结：将经过排序后的16条有序序列组织成序列集；将同一序列集中的序列进行连结，连结后的二条或二条以上的序列称为序列组，一个序列集中序列组的长度大致与该序列集中最长的序列长度相等；在连结的序列之间插入序列终止符，终止符是进行新一轮序列比对的标识。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中得分矩阵具有以下三个特征：(1)所有的元素初始化为零；(2)在矩阵中存在许多连续的、且具有相同值的元素，被称之为特征值，用localstop表示，它是停止向序列插入空位的标识；(3)存在一些元素，它们的值连续递减，用来记录插入空位的数目。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中Av用来存储连续相同值或连续递减值的起始元素和它的重复或递减次数，值和次数以交织的方式存储；和/或，

Ar存储原矩阵中每行第一个元素在Av中的位置。

5.根据权利要求3所述的方法，其中Av用来存储连续相同值或连续递减值的起始元素和它的重复或递减次数，值和次数以交织的方式存储；和/或，

Ar存储原矩阵中每行第一个元素在Av中的位置。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，在压缩过程中，对于连续相同值或连续递减值，仅存储起始元素和它的重复或递减次数。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，在压缩过程中，对于连续相同值或连续递减值，仅存储起始元素和它的重复或递减次数。

8.根据权利要求1、2、5-7中任一项所述的方法，其中在采用粗粒度并行方式进行比对的过程的步骤(2)任务获取过程中，序列集之间的两两比对(Seqset1ID,Seqset2ID)用一个l×l的左下三角矩阵来表示。

9.根据权利要求3所述的方法，其中在采用粗粒度并行方式进行比对的过程的步骤(2)任务获取过程中，序列集之间的两两比对(Seqset1ID,Seqset2ID)用一个l×l的左下三角矩阵来表示。