[发明专利]一种用于生物信息序列分析的加速平台

权利要求书

1.一种用于生物信息序列分析的加速平台，包括：

一个或者多个通用的云计算平台(1-1)；

一个或者多个用于生物信息序列分析的硬件加速平台(1-2)；

若干与每个硬件加速平台(1-2)一一对应的本地任务调度与重构管控接口(1-3)；

一个或者多个生物信息序列参考数据库(1-5)；

一个或者多个目标任务数据库(1-6)；

所述云计算平台(1-1)接收压缩或者非压缩的目标生物信息序列任务，并将目标任务存储在目标任务数据库(1-6)，等待云计算平台(1-1)单独或者与硬件加速平台(1-2)协同分析处理；

所述硬件加速平台(1-2)基于专用集成电路(ASIC)或者现场可编程门阵列(FPGA)，硬件加速平台(1-2)包括:

序列分析处理器簇(2-1)，由一个或者多个异质结构的序列分析处理器组成簇状聚合；

可重构簇间互连结构(2-2)；

可重构外周互连结构(2-3)；

分析核心控制单元(2-4)；

高速数据接口(2-5)；

重构配置接口(2-6)；

高速加速器芯片间/平台电路板间/服务器机架间的互连结构(2-7)；

上位机接口(2-8)；

内存控制器(2-9)；

以及基于非挥发存储器的分析平台重构配置数据库(2-10)；

其特征在于，所述硬件加速平台(1-2)基于总线，可重构簇间互连结构(2-2) 和可重构外周互连结构(2-3)通过总线实现，该结构下，设置有用于保证同一时间仅有唯一的单元对总线具有访问权的簇间仲裁器，硬件加速平台(1-2)的各个构成部件都挂载在同一条或者多条层次化的总线上以实现外周与簇间的互连关系；或者，

所述硬件加速平台(1-2)基于交叉开关矩阵，可重构簇间互连结构(2-2)和可重构外周互连结构(2-3)通过(M+N+K/P+2)²的交叉开关矩阵实现，其中M是内存控制器(2-9)的数目，K是序列分析处理器簇(2-1)的数目，P是序列分析处理器簇(2-1)的聚合度，指P个序列分析处理器共享一个交叉开关矩阵的输入和输出端口，这P个处理器称为一个聚合簇，每个聚合簇都维护一个簇间仲裁器，以解决P个处理器对开关矩阵的访问冲突，N是硬件加速平台(1-2)的互连端口数目，每个硬件加速平台(1-2)配置有N个以太网接口以实现计算相互之间的通讯；或者，

所述硬件加速平台(1-2)基于网格拓扑结构或双向环形拓扑结构或层次化星型/分形拓扑结构的片上网络，通过一个或者多个路由器连接入片上网络从而提供不同的数据链路带宽，一个或者多个处理器簇通过一个路由器连入网络构成聚合簇，聚合簇间设置簇间仲裁来保证对路由器的唯一访问权，多个聚合簇间维护一个局部区域控制单元，该单元用于协调、控制与监控一定范围内处理器簇的状态、计算和任务分配；其中：

基于网格拓扑结构的片上网络是一个无向连通图，每一个路由器维护5个数据接口，分别与相邻的四个路由器以及本地节点互连实现数据在网络中的流动；

基于双向环形拓扑结构的片上网络是一个无向有环连通图，每一个路由器维护3个数据接口，分别与相邻的2个路由器以及本地节点互连实现数据在网络中的流动；

基于层次化星型/分形拓扑结构的片上网络是一个无向连通图，每一个局部区域控制单元连接一个路由器，该路由器维护L+2个数据接口，其中L是由该局部区域控制单元管辖的序列分析处理器簇(2-1)的数目，除此之外，该路由器还需要提供一个本地数据接口与一个数据接口用于连接上层局部区域控制单元。

2.根据权利要求1所述用于生物信息序列分析的加速平台，其特征在于，当协同分析处理时，通过本地任务调度与重构管控接口(1-3)实现硬件加速平台(1-2)的本地分配与全局均衡，由云计算平台(1-1)提供重构配置数据流通过本地任务调度与重构管控接口(1-3)对参与协同的硬件加速平台(1-2)进行重构。

3.根据权利要求1所述用于生物信息序列分析的加速平台，其特征在于，设置用于访问硬件加速平台资源的底层驱动(1-4)，任何双向流动于云计算平台(1-1)与硬件加速平台(1-2)之间的数据与控制流均通过底层驱动(1-4)来提供访问手段。