電子機器用解析技術のシステムバイオロジーへの応用

电子器件分析技术在系统生物学中的应用

• 批准号: 19650006
• 负责人: 藤田 昌宏
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19650006/
• 关键词: システムバイオロジー; 設計支援; ハードウェア化; Next Reaction Method; Tau Leaping; 形式的手法

本研究では、従来からハードウェアの設計支援や設計検証に用いられてきた手法によって、近年注日を集めているシステムバイオロジーにおけるシミュレーションや解析を効率的に行い、実験室で行う実験では観測が困難な現象の観測や生化学反応における内部状態の推定を実現することを目的としている。今年度は、まず、昨年度の一般的な調査の続きとして、ハードウェア実装による生化学システムのシミュレーションの高速実行に着目し、特に詳細な調査を行った。その結果として、既存研究lこよりNext Reaction Method(NRM)までの手法は高速なハードウェア実装が既に提案されており、それらにおいては浮動小数点演算処理の最適化が重要であることが分かった。次に、上記の調査結果を踏まえて、NRMよりも高速なシミュレーション手法であるTau Leaping(TL)に着目し、その高速なハードウェア実装について検討した。反応を一つずつ逐次処理しているNRMに対して、TLでは複数の反応が一つの時間区間で起こり得ることを前提としてそれらをまとめて処理している点に特徴がある。したがって、複数の反応を並列に処理することが可能であり、よりハードウェア実装に適していると考えられる。さらに、一つの反応あたりの除算処理数もNRMより少ない点も、ハードウェア実装に有利である。ただし、TLにはNRMには無い微分処理が含まれているが、差分式に近似して処理を行うことにより高速に実行可能である。比較実験として、実際のソフトウェアの生化学シミュレータであるStockSimによるシミュレーションと、FPGAであるVertex5によるハードウェア実行との比較を考えており、現在までにその環境構築が完了している。今後は、実際にシミュレーション速度を比較することにより、提案するハードウェア実装による高速化できていることを確認する予定である。

This study aims to provide design support and design verification for the development of new technologies in recent years, and to estimate the internal state of the detection difficulties and biochemical reactions in the laboratory. This year's general investigation and investigation of the past year's high speed implementation of the biochemical system, especially detailed investigation. The results of existing research on Next Reaction Method(NRM) are important for optimizing floating decimal point arithmetic processing. In addition, the results of the above investigation show that NRM has a high speed and high speed. The time interval between the two sets of parameters is determined by the characteristics of the parameters. This is the first time that a person has ever been treated in such a way that he or she is able to do so. In addition, the number of NRM is less than that of NRM, and the number of NRM is less than that of NRM. TL-NRM differential processing includes differential processing, approximation processing, and high-speed processing. Compare the implementation of the software and its implementation in the biochemical system. StockSim, FPGA, Vertex5, FPGA and other related environmental structures are now complete. In the future, we will compare the speed of production and the speed of production.