Research and Development of Computational Storage Technology to Realize Large Scale Neuron Structure Visualization

实现大规模神经元结构可视化的计算存储技术研发

• 批准号: 20H02194
• 负责人: 田中 陽一郎
• 金额: $ 10.98万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02194/
• 关键词: コンピュテーショナル・ストレージ; 神経構造; 可視化

令和４年度は、全脳規模神経構造の3次元可視化解析を可能とするためのコンピュテーショナル・ストレージ解析テストベッドの構成を発展させ、全体で6つのコンピュートノードと11のストレージノードを一体化した。6-GPUs/24-CPUs(324コア)及び1344GBメモリに拡張したコンピュテーション 機能を実装した。同時に、大容量垂直HDDクラスタと高速SSDクラスタによるストレージを大幅に拡張して合計2.2PBのストレージ機能を一体化し、強力なコンピュ テーショナル・ストレージ解析プラットフォームを発展させた。これに分散オブジェクトストレージのCephファイルシステムを実装し、データ解析処理に関する性能を評価した。解析性能を最大化を目的にCephシステム内におけるデータ配置を最適化し、脳神経構造3次元可視化ツールとラット大脳皮質神経画像システムを適用した性能向上を検証した。大規模データ処理に対し、HDDクラスタ並列転送のメリットを活かしたエッジキャッシュの利用により、データアクセス性能を大幅に高めることが検証された。ストレージデバイスの研究開発では、熱アシスト型垂直磁気記録方式による多重化の可能性について継続して研究を実施した。上下二層構造の記録各層のキュリー温度を最適化しレーザー加温を制御することにより、記録密度を2倍に高める多重記録の性能を検証した。スピントルク発振素子を用いたニューロモルフィック記録構造の検討に着手した。神経構造・ダイナミック伝達機能の3次元可視化解析プラットフォームの開発では、3次元蛍光顕微鏡およびCaイメージングによるダイナミック神経伝達機能のデータアクイジションシステムを構築し、上記テストベッドを専用の高速光ネットワークで一体化し迅速なデータ転送とコンピュテーションを可能とした。

In 2004, the 3D visualization analysis of the full-scale brain structure was possible, and the development of the whole 6D visualization analysis system was integrated. 6-GPUs/24-CPUs(324-bit) and 1344-bit RAM are available. At the same time, the large-capacity vertical HDD server and high-speed SSD server greatly expanded to a total of 2.2PB, and the server function was integrated, and the powerful server was developed. The performance evaluation of this decentralized system is based on the analysis of data. Analysis of performance maximization in the context of optimization of the configuration of the brain structure of the three dimensional visualization of the brain Large-scale data processing, HDD server parallel transmission of data, data utilization of data, data performance greatly improved, data security The research and development of magnetic recording technology is carried out in the field of the possibility of multiplexing in thermal and anisotropic vertical magnetic recording technology. The recording temperature of each layer of the upper and lower two-layer structure is optimized, the recording density is doubled, and the performance of multiple recording is verified. The structure of the oscillator is discussed. 3D visualization analysis of the function of optical fiber structure, 3D optical fiber micro-mirror and optical fiber structure, construction of the function of optical fiber structure, high-speed optical fiber structure integration of optical fiber structure, rapid optical fiber structure and optical fiber structure.

项目成果

Ultrasoft polydimethylsiloxane as a biomimetic scaffold for neuronal cultures

超软聚二甲基硅氧烷作为神经元培养的仿生支架

• 发表时间: 2021
• 作者: H. Yamamoto;T. Sumi;S. Sato;A. Hirano-Iwata
• 通讯作者: A. Hirano-Iwata

Computational storage platform for brain neural structure visualization analytics

用于脑神经结构可视化分析的计算存储平台

• 发表时间: 2021
• 作者: Mag-usara Valynn Katrine;Escano Mary Clare;Petoukhoff Christopher E.;Torosyan Garik;Scheuer Laura;Madeo Julien;Afalla Jessica;Talara Miezel L.;Muldera Joselito E.;Kitahara Hideaki;Bacon David R.;Nakajima Makoto;Dani Keshav;Papaioannou Evangel;Yoichiro Tanaka
• 通讯作者: Yoichiro Tanaka

脳神経構造可視化ツールを用いた分散ストレージCephのデータアクセス性能の評価検討

利用脑神经结构可视化工具评估分布式存储Ceph的数据访问性能

• 发表时间: 2022
• 作者: 川田悠貴;田中陽一郎
• 通讯作者: 田中陽一郎

Ultrasoft silicone gel as a biomimetic scaffold for culturing neuronal networks in vitro

超软硅胶作为体外培养神经网络的仿生支架

• 发表时间: 2020
• 作者: H. Yamamoto;T. Sumi;A. Hirano-Iwata;S. Sato
• 通讯作者: S. Sato

Polydimethylsiloxane microfluidic films for in vitro engineering of mesoscale neuronal networks

用于中尺度神经元网络体外工程的聚二甲基硅氧烷微流体膜

• 发表时间: 2021
• 作者: H. Yamamoto;T. Takemuro;N. Monma;S. Sato;A. Hirano-Iwata
• 通讯作者: A. Hirano-Iwata