GPU acceleration of the continuous heterogeneity analysis in Xmipp

Bc. Jakub Kiska

Master's thesis

Anotácia:

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. Algoritmus bol úspešne akcelerovaný za využitia grafických procesorov. GPU implementácia dosiahla 4,3-krát rýchlejších časov v porovnaní s paralelnou CPU implementáciou. Táto práca prebiehala v spolupráci s Biocomputing unit, ktorý je súčasťou Národného centra pre biotechnológie sídliaceho v Madride v Španielsku.

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 by cryo-electron microscopy. The algorithm was successfully accelerated by using a graphics computing unit. The GPU implementation reaches up to 4.3 faster times compared to the parallel CPU implementation. This thesis was done in cooperation with the Biocomputing unit of the National Center for Biotechnology located in Madrid, Spain.

Keywords

Cryo-EM, CUDA, GPU, ZART, Xmipp

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 16. 5. 2023

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 21. 6. 2023
• Vedúci: RNDr. Jiří Filipovič, Ph.D.
• Oponent: Mgr. Aleš Křenek, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Informatics

Master programme / odbor:
Software Engineering / Design and development of software systems