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GPU加速BLAST性能评估实践

共计 30 章节

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BLAST算法基础与原理

序列比对基本概念 · BLAST的启发式搜索策略 · E-value与得分矩阵

BLAST算法基础

NCBI BLAST工具介绍

命令行BLAST · BLAST+新特性 · 常用参数（-evalue

序列比对计算瓶颈分析

数据规模爆炸 · 时间复杂度 · 传统CPU比对的性能痛点

序列比对计算瓶颈…数据规模爆炸

GPU架构基础

CUDA核心 · SM（流多处理器） · 内存层级（全局

GPU架构基础

CUDA编程入门

核函数编写 · 线程块/网格配置 · 内存分配与数据拷贝

CUDA编程入门

GPU加速BLAST的发展历史

从CUDA-BLAST到GPU-BL… · 各大实验室的开源项目

GPU-BLAST软件概述

主流工具（GPU-BLAST · CUDA-BLAST · NVIDIA ParBLAST）及其…

GPU-BLAST软件概述

GPU-BLAST的安装与配置

依赖库（CUDA Toolkit · Boost） · 环境变量

GPU-BLAST的安装

BLAST数据库格式与GPU内存映射

FASTA转BLASTDB · GPU显存预加载策略

序列数据库的GPU预处理

序列排序 · 去冗余 · 分片以适应GPU内存限制

GPU序列数据库的

查询序列的GPU分发策略

批量提交 · 动态平衡 · 原子操作与冲突

GPU查询序列的

比对核心的GPU并行化设计

Smith-Waterman算法到B… · 并行扫描方法

GPU比对核心的

Smith-Waterman算法GPU实现

DP矩阵的CUDA优化 · 共享内存与寄存器使用技巧

Smith-Waterm…GPU

BLAST中的启发式过滤与GPU优化

seed扩展 · word命中过滤 · GPU上的并行过滤

多GPU协同加速BLAST

数据划分 · MPI+OpenMPI通信 · 负载均衡

GPU性能评估指标

吞吐量（Giga CUPS） · 延迟 · 加速比

GPU性能评估指标

CPU vs GPU BLAST性能对比实验设计

控制变量法 · 相同数据集 · 统计显著性检验

性能基准测试

真实数据集（UniProt · NCBI nr）与合成数据（随机序列…

性能基准测试UniProt

性能分析工具

NVIDIA Nsight Syst… · nvidia-smi · nvprof（旧版）的使用

性能分析工具NVIDIA

GPU内存带宽与计算利用率分析

通过profiling得到roofl…

GPU内存带宽

线程束占用率对BLAST性能的影响

occupancy与指令级并行的平衡

BLAST线程束占用率对

CUDA Streams与异步并发

覆盖内存传输与计算 · 多Stream的流水线

GPU显存优化

数据复用（常数内存） · 分页传输 · 统一内存的适用性

GPU显存优化

BLAST结果聚合与数据传输开销

减少CPU-GPU之间的小批量传输

BLAST结果聚合

混合CPU-GPU流水线设计

CPU预处理+GPU加速+CPU后处…

不同GPU型号性能对比

A100 · V100 · T4

能耗效率评估

功耗测量 · 能效比（Performance pe… · 绿色计算

能耗效率评估功耗测量

实际应用案例

宏基因组比对 · 全基因组组装中的BLAST加速效果

实际应用案例宏基因组比对

性能调优技巧

编译器优化（-O3 · CUDA arch） · NVIDIA cuBLAS/cuFF…

性能调优技巧O3

FPGA加速 · CXL内存扩展 · 全异构计算框架（如Kokkos）

未来趋势FPGA