Acceleration of image processing algorithms for single particle analysis by electron microscopy

Mgr. David Střelák

Rigorózní práce

Anotace:

Kryogenní Elektronová Mikroskopie (Cryo-EM) je důležitá oblast současné strukturální biologie. Moderní elektronové mikroskopy produkují během relace terabajty dat, která se následně zpracovávají několik dní. K tomu, abychom získali rekonstruovanou částici v téměř atomárním rozlišení, potřebujeme zpracovat stovky tisíc projekcí. Cílem těchto tezí je vylepšit algoritmy používané v Cryo-EM, především v SPA (Single Particle Analysis, jednočásticová analýza). Zaměřujeme se na optimalizace výkonu na jednotlivých výpočetních uzlech, ale i na optimalizace pro více uzlový systém, pomocí technik dostupných nebo vyvinutých pro HPC (High-Performance computing, vysoce výkonná výpočetní infrastruktura), kupříkladu pomocí heterogenních výpočtů nebo autotuningu.

Abstract:

Cryogenic Electron Microscopy (Cryo-EM) is a very important field in the current structural biology. Modern electron microscopes can produce terabytes of data per single session, which takes days to process. Typically, hundreds of thousands of particles need to be used during the 3D refinement to obtain a near-atomic resolution. The goal of this thesis proposal is to improve the algorithms used in Cryo-EM, esp. the SPA (Single Particle Analysis). We focus on both the single-node, as well as the multi-node performance optimizations, using the techniques either available or developed in the HPC field, such as heterogeneous computing or autotuning, which potentially needs formulation of novel algorithms.

Keywords

Cryo-EM, SPA, HPC, Autotuning, GPU, Optimization, Performance

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 20. 2. 2020

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 27. 5. 2020
• Oponent: doc. Ing. Jiří Jaroš, Ph.D., Jose-Jesus Fernandez, PhD

Masarykova univerzita

Fakulta informatiky

Rigorózní řízení / obor:
Počítačové systémy, komunikace a bezpečnost / Počítačové systémy, komunikace a bezpečnost