Diplomová práce

GPU acceleration of the continuous heterogeneity analysis in Xmipp

Bc. Jakub Kiska
Anotace

Kryoelektrónová mikroskopia je aktuálne jednou z najúspešnejších metód na stanovenie 3D usporiadania molekúl živých buniek. Dáta z mikroskopu sú spracovávané počítačmi za účelom zníženia šumu a rekonštrukcie objemu skúmaného vzorku. Hlavným cieľom tejto práce je akcelerácia nového algoritmu vyvinutého na rekonštrukciu 3D objemu z heterogénnych vzoriek získaných pomocou kryoelektrónovej mikroskopie …více

Abstract

Cryo-electron microscopy is currently one of the most successful methods to determine the 3D arrangement of living cell molecules. Computers process data obtained from a microscope to reduce the noise and reconstruct the volume representing the sample. The primary goal of this thesis is to accelerate a novel algorithm developed for the reconstruction of 3D volume from heterogeneous samples obtained …více

Klíčová slova
Cryo-EM CUDA GPU ZART Xmipp
Zadání práce

The Xmipp is a software package for cryo-EM data reconstruction developed by CNB CSIC. GPU-accelerated versions of the hotspots in Xmipp are developed as a joint effort of ICS MUNI and CNB CSIC.

The novel version of an algorithm allowing Xmipp to analyze the continuous heterogeneity of a specimen (typically a macromolecule) was developed by CNB. In its current implementation, multi-core CPUs are utilized. The processing speed of the current implementation is better than the older algorithm but still limits its practical usage.

The master thesis will focus on GPU acceleration of the new algorithm for continuous heterogeneity analysis. The bottleneck of the algorithm is the forward and backward interpolation of the voxel space. The student will work on the forward interpolation, implement and optimize the CUDA kernel, which replaces the bottleneck's implementation and integrates this kernel into Xmipp. Furthermore, the student analyzes the rest of the CPU code and introduces additional optimizations if necessary. The thesis will evaluate the original CPU-based implementation, the new GPU-based implementation, and proposed optimizations of the GPU-based implementation.

Práce zkontrolována:
16. 5. 2023 13:59, doc. RNDr. Jiří Filipovič, Ph.D., učo 72898
Jazyk práce
angličtina angličtina
Termín obhajoby
21. 6. 2023
Práce byla úspěšně obhájena

Vedoucí

doc. RNDr. Jiří Filipovič, Ph.D., učo 72898
VSJF VS CERIT SC ÚVT MU

Oponent

Mgr. Aleš Křenek, Ph.D., učo 3086
CF BioData CSB CEITEC MU

Literatura

  • HERREROS, David; Roy R LEDERMAN; James KRIEGER; Amaya JIMENEZ-MORENO; Marta MARTINEZ; David MYŠKA; David STŘELÁK; Jiří FILIPOVIČ; Ivet BAHAR; Jose Maria CARAZO a Carlos Oscar S SANCHEZ. Approximating deformation fields for the analysis of continuous heterogeneity of biological macromolecules by 3D Zernike polynomials. International Union of Crystallography Journals. online, 2021, roč. 8, č. 6, s. 992-1005. ISSN 2052-2525. Dostupné z: https://doi.org/10.1107/S2052252521008903.

Masarykova univerzita Fakulta informatiky
Studijní program
Plán
Návrh a vývoj softwarových systémů
  • Přidání souboru

    Soubor nebo složku lze nahrát pomocí tlačítka Přidat.
  • Další operace se soubory

    Podrobnosti lze zjistit označením příslušného řádku.
  • Pohled pro experty

    Pro častou práci je možné zvolit režim Více možností.
  • Vyhledávání souborů

    Vyhledávaný výraz můžete zadat přímo do adresního řádku.
  • Rychlý přístup k souborům

    Pomocí funkce Nedávné je možné se rychle vrátit k právě prohlíženým souborům. Oblíbené soubory je také možné označit Hvězdičkou.