OAC Core: High Performance Computing Algorithms and Software for large-scale Mass Spectrometry based Omics

OAC Core:基于大规模质谱组学的高性能计算算法和软件

基本信息

  • 批准号:
    2312599
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 60万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-09-15 至 2026-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

High dimensional Mass Spectrometry (MS) based omics allows systematic analysis of thousands of proteins with the promise of discovering new biomarkers for various disease conditions and better understanding of human systems biology. Meta-proteomics is also fundamental to studies of microorganisms in diverse environments, and has significant effect on human, agriculture, aquatic, terrestrial, energy, and atmospheric systems. In addition to advances in mass spectrometry hardware, effective and scalable analysis of the complex data produced by these high-throughput mass spectrometers requires increasingly sophisticated computational tools. This project will design and develop high-performance computational frameworks which will enable effective analysis of omics data produced from mass spectrometry machines. The proposed high-performance computing (HPC) techniques will enable identification of novel peptides/proteins, and insights into microbiome communities and their effects on human health, agriculture, and environments. The proposed research and teaching activities will introduce students to high-performance computing, big data computational biology, and data-intensive computing. The proposed work will also train PhD students, including those at a Hispanic Serving Institution.Millions of spectra generated from mass spectrometry machines are compared with tera-scale theoretical database for peptide deductions. Currently, the bulk of this deduction is accomplished using serial algorithms which may take weeks of computational time for large databases. The overarching technical objective of this study is to design, develop, and evaluate high performance computing (HPC) infrastructure for a variety of heterogenous architectures. Such communication-avoiding HPC algorithms that can run on heterogenous architectures will enable scalable MS data analysis for non-model tera-scale databases against which MS data is matched and is currently an insurmountable technical hurdle. The project will focus on the design and development of: (1) CPU-GPU based method for processing of large-scale MS-based omics with communication-avoiding parallel pipelines; (2) methods for exploiting multiple GPUs on single node which is extended to memory-distributed CPU-GPU nodes on supercomputing machines; (3) hardware/software co-designs using CPU-FPGA architectures. This computational infrastructure will allow scientists to use large heterogeneous supercomputers, and the development of hardware/software designs will enable us to incorporate semiconductor designs directly on mass spectrometry machines. The development of such semiconductors designed for end-use application (of MS omics data) will preserve US global economic competitiveness, and will accelerate urgently needed personalized nutrition studies, human gut microbiome research, and cancer therapeutics studies.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
基于高维质谱(MS)的组学允许系统分析数千种蛋白质,有望发现各种疾病的新生物标志物,并更好地了解人类系统生物学。元蛋白质组学也是研究不同环境中微生物的基础,并对人类,农业,水生,陆生,能源和大气系统产生重大影响。除了质谱硬件的进步之外,对这些高通量质谱仪产生的复杂数据进行有效和可扩展的分析需要越来越复杂的计算工具。该项目将设计和开发高性能的计算框架,这将使从质谱仪产生的组学数据的有效分析。拟议的高性能计算(HPC)技术将能够识别新的肽/蛋白质,并深入了解微生物群落及其对人类健康,农业和环境的影响。拟议的研究和教学活动将向学生介绍高性能计算,大数据计算生物学和数据密集型计算。拟议的工作还将培训博士生,包括那些在西班牙裔服务机构。从质谱仪产生的数百万光谱与万亿级的理论数据库进行比较,肽扣除。目前,大部分的推导是使用串行算法完成的,对于大型数据库来说,这可能需要数周的计算时间。本研究的首要技术目标是为各种异构体系结构设计、开发和评估高性能计算(HPC)基础设施。这种可以在异构体系结构上运行的避免通信的HPC算法将使可扩展的MS数据分析能够用于MS数据匹配的非模型万亿级数据库,并且目前是一个不可逾越的技术障碍。该项目将专注于设计和开发:(1)基于CPU-GPU的方法,用于处理大规模基于MS的组学,具有避免通信的并行管道;(2)在单个节点上利用多个GPU的方法,该方法扩展到超级计算机器上的内存分布式CPU-GPU节点;(3)使用CPU-FPGA架构的硬件/软件协同设计。这种计算基础设施将允许科学家使用大型异构超级计算机,硬件/软件设计的发展将使我们能够将半导体设计直接纳入质谱仪。这类为最终用途(MS组学数据)设计的半导体的开发将保持美国的全球经济竞争力,并将加速急需的个性化营养研究、人类肠道微生物组研究和癌症治疗研究。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Fahad Saeed其他文献

Best convective parameterization scheme within RegCM4 to downscale CMIP5 multi-model data for the CORDEX-MENA/Arab domain
  • DOI:
    10.1007/s00704-015-1463-5
  • 发表时间:
    2015-04-22
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.700
  • 作者:
    Mansour Almazroui;Md. Nazrul Islam;A. K. Al-Khalaf;Fahad Saeed
  • 通讯作者:
    Fahad Saeed
The Dialysis De Facto Default Is Not for Everyone: The Palliative Care Clinician's Role for Older Patients with Kidney Failure and Comorbidities (TH137)
  • DOI:
    10.1016/j.jpainsymman.2022.02.220
  • 发表时间:
    2022-05-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
  • 作者:
    Alvin Moss;Dale Lupu;Fahad Saeed;Christine Corbett
  • 通讯作者:
    Christine Corbett
Establishing Research Priorities in Geriatric Nephrology: A Delphi Study of Clinicians and Researchers
老年肾脏病学研究重点的确立:一项针对临床医生和研究人员的德尔菲研究
  • DOI:
    10.1053/j.ajkd.2024.09.012
  • 发表时间:
    2025-03-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.200
  • 作者:
    Catherine R. Butler;Akanksha Nalatwad;Katharine L. Cheung;Mary F. Hannan;Melissa D. Hladek;Emily A. Johnston;Laura Kimberly;Christine K. Liu;Devika Nair;Semra Ozdemir;Fahad Saeed;Jennifer S. Scherer;Dorry L. Segev;Anoop Sheshadri;Karthik K. Tennankore;Tiffany R. Washington;Dawn Wolfgram;Nidhi Ghildayal;Rasheeda Hall;Mara McAdams-DeMarco
  • 通讯作者:
    Mara McAdams-DeMarco
International Politics — Effects on the Training of International Medical Graduates
  • DOI:
    10.1007/bf03341760
  • 发表时间:
    2014-01-17
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.800
  • 作者:
    Fahad Saeed;Nadia Kousar;Jean L. Holley
  • 通讯作者:
    Jean L. Holley
Correction to: Hydrologic interpretation of machine learning models for 10-daily streamflow simulation in climate sensitive upper Indus catchments
  • DOI:
    10.1007/s00704-024-05121-3
  • 发表时间:
    2024-08-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.700
  • 作者:
    Haris Mushtaq;Taimoor Akhtar;Muhammad Zia ur Rahman Hashmi;Amjad Masood;Fahad Saeed
  • 通讯作者:
    Fahad Saeed

Fahad Saeed的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Fahad Saeed', 18)}}的其他基金

PFI-TT: Artificial Intelligence-enabled Real-time System for Early Epileptic Seizure Detection and Prediction
PFI-TT:用于早期癫痫发作检测和预测的人工智能实时系统
  • 批准号:
    2213951
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 60万
  • 项目类别:
    Standard Grant
I-Corps: Utilizing Machine learning and Artificial Intelligence (AI) for Early Detection and Identification of Mental Disorders
I-Corps:利用机器学习和人工智能 (AI) 早期检测和识别精神障碍
  • 批准号:
    2143515
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 60万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CRII: SHF: HPC Solutions to Big NGS Data Compression
CRII:SHF:NGS 大数据压缩的 HPC 解决方案
  • 批准号:
    1855441
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 60万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: Towards Fast and Scalable Algorithms for Big Proteogenomics Data Analytics
职业:面向蛋白质基因组大数据分析的快速且可扩展的算法
  • 批准号:
    1925960
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 60万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: Towards Fast and Scalable Algorithms for Big Proteogenomics Data Analytics
职业:面向蛋白质基因组大数据分析的快速且可扩展的算法
  • 批准号:
    1651724
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 60万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CRII: SHF: HPC Solutions to Big NGS Data Compression
CRII:SHF:NGS 大数据压缩的 HPC 解决方案
  • 批准号:
    1464268
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 60万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

胆固醇羟化酶CH25H非酶活依赖性促进乙型肝炎病毒蛋白Core及Pre-core降解的分子机制研究
  • 批准号:
    82371765
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
锕系元素5f-in-core的GTH赝势和基组的开发
  • 批准号:
    22303037
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于合成致死策略搭建Core-matched前药共组装体克服肿瘤耐药的机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    52 万元
  • 项目类别:
鼠伤寒沙门氏菌LPS core经由CD209/SphK1促进树突状细胞迁移加重炎症性肠病的机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
肌营养不良蛋白聚糖Core M3型甘露糖肽的精确制备及功能探索
  • 批准号:
    92053110
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    70.0 万元
  • 项目类别:
    重大研究计划
Core-1-O型聚糖黏蛋白缺陷诱导胃炎发生并介导慢性胃炎向胃癌转化的分子机制研究
  • 批准号:
    81902805
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    20.5 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
原始地球增生晚期的Core-merging大碰撞事件:地核增生、核幔平衡与核幔边界结构的新认识
  • 批准号:
    41973063
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    65.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
RBM38通过协助Pol-ε结合、招募core调控HBV复制
  • 批准号:
    31900138
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
CORDEX-CORE区域气候模拟与预估研讨会
  • 批准号:
    41981240365
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    1.5 万元
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目

相似海外基金

Collaborative Research: OAC: Core: Harvesting Idle Resources Safely and Timely for Large-scale AI Applications in High-Performance Computing Systems
合作研究:OAC:核心:安全及时地收集闲置资源,用于高性能计算系统中的大规模人工智能应用
  • 批准号:
    2403399
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 60万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: OAC: Core: Harvesting Idle Resources Safely and Timely for Large-scale AI Applications in High-Performance Computing Systems
合作研究:OAC:核心:安全及时地收集闲置资源,用于高性能计算系统中的大规模人工智能应用
  • 批准号:
    2403398
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 60万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: OAC Core: Small: Anomaly Detection and Performance Optimization for End-to-End Data Transfers at Scale
协作研究:OAC 核心:小型:大规模端到端数据传输的异常检测和性能优化
  • 批准号:
    2412329
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 60万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: OAC Core: Smart Surrogates for High Performance Scientific Simulations
合作研究:OAC Core:高性能科学模拟的智能替代品
  • 批准号:
    2212550
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 60万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: OAC Core: Smart Surrogates for High Performance Scientific Simulations
合作研究:OAC Core:高性能科学模拟的智能替代品
  • 批准号:
    2212548
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 60万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: OAC Core: Stochastic Simulation Platform for Assessing Safety Performance of Autonomous Vehicles in Winter Seasons
合作研究:OAC Core:用于评估冬季自动驾驶汽车安全性能的随机仿真平台
  • 批准号:
    2234292
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 60万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: OAC Core: Smart Surrogates for High Performance Scientific Simulations
合作研究:OAC Core:高性能科学模拟的智能替代品
  • 批准号:
    2212549
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 60万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: OAC Core: Stochastic Simulation Platform for Assessing Safety Performance of Autonomous Vehicles in Winter Seasons
合作研究:OAC Core:用于评估冬季自动驾驶汽车安全性能的随机仿真平台
  • 批准号:
    2106965
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 60万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: OAC Core: Stochastic Simulation Platform for Assessing Safety Performance of Autonomous Vehicles in Winter Seasons
合作研究:OAC Core:用于评估冬季自动驾驶汽车安全性能的随机仿真平台
  • 批准号:
    2106991
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 60万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: OAC Core: Improving Utilization of High-Performance Computing Systems via Intelligent Co-scheduling
合作研究:OAC Core:通过智能协同调度提高高性能计算系统的利用率
  • 批准号:
    2103510
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 60万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了