数据处理器

根据最近的一项估计，目前数据中心的耗能已高达全球电力的2％，这一数字在10年内有望攀升到8％。为逆转这种趋势，科学家们正考虑以全新的方式简化数据中心的微处理器。日本研究人员将这一想法发挥到了极致，创建了一种电阻为零的超导微处理器。基于AQFP的MANA微处理器。图片来源：IEEE频谱网站《IEEE固态电路》杂志报道，这种超导微处理器可为更高能效的计算能力提供潜在的解决方案，但新设计目前需要低于10开尔文（或—263℃）的超冷温度。研究人员创建的这种绝热超导微处理器，从原理上讲，在计算过程中不会从系统中获得或损失能量。这个新的微处理器原型称为MANA（单绝热集成体系结构），是世界上第一个绝热超导体微处理器。它由超导铌组成，并依赖于称为绝热量子通量参量电子（AQFP）的硬件组件。每个AQFP由几个快速作用的约瑟夫森结开关组成，这些结开关只需很少的能量即可支持超导体电子设备。MANA微处理器总共由2万多个约瑟夫森结（或1万多个AQFP）组成。研究人员解释说，用于构建微处理器的AQFP已经过优化，可以绝热运行，从而可在相对低的时钟频率（高达10GHz左右）下恢复从电源中汲取的能量。与传统超导电子产品数百吉赫兹的运行频率相比，这个数字要低得多。但这并不意味着MANA达到了10GHz的速度。实验显示，MANA的数据处理部分可在高达2.5GHz的时钟频率下运行，这使其与当今的计算技术相当。这种铌基微处理器的入门价格取决于低温和将系统冷却至超导温度的能源成本。不过，即使将冷却成本计算在内，与最先进的半导体电子设备（如7纳米鳍式场效应晶体管）相比，AQFP的能源效率仍然高出约80倍。由于MANA微处理器需要液氦水平的低温，因此它更适合于使用低温冷却系统的大规模计算基础架构，例如数据中心和超级计算机。

仪器信息网讯，2010年5月15日，蛋白质组数据处理暨全国生物质谱学术交流会”在云南省丽江市召开。会议为期两天，主要讨论了蛋白质组学技术和应用、数据挖掘和生物质谱等方面的现状及其进展。在所有的大会报告中，除一些关于蛋白质组学技术最新研究进展的大会特邀报告外，第一天的专家报告集中讨论了糖蛋白组的最新分析技术与研究进展，第二天的报告集中讨论了蛋白质数据处理技术，包括蛋白质组生物数据库及分析平台的构建、数据统计分析方法的研究等方面。 　　蛋白质组数据库被认为是蛋白质组知识的储存库，包含所有鉴定的蛋白质信息。而基于质谱技术的蛋白质组学数据分析，是识别新型生物标记物模式的有效手段。质谱仪检测的数据含有大量潜在信息，因此，建立完善的蛋白质组学数据库，开发实用性强的数据处理软件工具，以及提供良好的蛋白质组数据分析、处理方对蛋白质组学的发展至关重要。在本次大会上，中国科学院计算技术研究所贺思敏研究员、浙江大学生物医学工程与仪器科学学院段会龙教授、国防科技大学机电工程与自动化学院谢红卫教授等专家学者作了关于此方面最新研究进展的报告，本文作简要报道： 　　报告题目： 蛋白质组数据分析软件pFind系统新进展 　　报告人：中国科学院计算技术研究所贺思敏研究员 贺思敏研究员 　　pFind系统是中国科学院计算技术研究所自2002年开始持续研发的蛋白质组数据分析软件，可以替代同类国际主流软件，已安装在国内多家蛋白质组学重点研究单位，并在ABRF组织的国际评测以及核心岩藻糖化修饰位点鉴定等科研实战中表现出色。 　　贺思敏研究员在报告中首先介绍pFind系统不同于国际同类软件的核心算法设计和系统实现，然后介绍pFind系统近期在开放式修饰类型发现、高精度一级质谱分析、新型碎裂方式串联质谱分析、肽序列从头测序、标记定量分析以及并行加速系统研制等方面的进展，最后介绍了pFind系统的下一步研究设想。 　　报告题目：构建心血管蛋白质组生物医学数据库及分析平台 　　报告人：浙江大学生物医学工程与仪器科学学院段会龙教授 段会龙教授 　　心血管疾病是威胁人类健康的主要疾病。以高分辨率质谱技术为基础的心脏蛋白质组研究是发展心血管研究的一个重要方向。段会龙课题组通过对心血管医学和生物学、蛋白质组学和生物医学信息学的多学科交叉研究，构建了心血管生物医学数据库，重点在心血管蛋白质组数据集成、处理和分析，生物医学数据库体系构建、数据共享和发布等诸多关键技术上进行突破。 　　该课题组目前已完成了如下工作： 　　(1)心血管蛋白质组数据体系结构：构建了以蛋白质组信息为主体的数据库体系结构，以心脏线粒体蛋白质组为基础建立了核心数据集，该核心数据集包含了1663种心脏线粒体蛋白质以及与之相对应的2万7千多个生物质谱谱图。 　　(2)心血管蛋白质组数据库搜索引擎：初步建立了数据搜索引擎，可通过蛋白、肽段序列等信息对相应的生物质谱谱图进行检索，实现了与欧洲生物信息学研究所 (EBI) 的IPI蛋白质数据库间的数据关联。 　　(3)心血管生物医学数据库平台：研究和开发了相应的数据库网络公共平台。该网络平台的首个版本将在2010年末面向全世界发布，通过对心血管生物医学数据信息和资源的实时共享，服务于全世界心血管研究群体。 　　报告题目：大规模蛋白质组研究中的质谱数据定量分析方法 　　报告人：国防科技大学机电工程与自动化学院谢红卫教授 谢红卫教授 　　谢红卫教授利用一系列大规模定量分析的数据集，包括稳定同位素标记和进行重复实验的无标记定量数据，进行了一系列分析和研究，目前取得了很大的结果： 　　(1)总结了无标记和稳定同位素标记定量数据分析的典型流程，并且结合实际的数据分析结果，初步研究了各种分析流程优势和问题。 　　(2)针对丁来那个信息提取问题，利用重复实验数据集，比较优化了其关键步骤。 　　(3)利用实际实验数据，初步研究了同位素分布实验误差和质荷比误差等对定量分析参数选择有重要影响的问题。 　　(4)针对定量计算速度慢的问题，提出了索引文件和基于hash表的信息检索方式，将定量计算的时间缩短为原来的1/10。 　　(5)设计了一种可逆的色谱保留时间对齐模型，大大缩短了无标记定量数据处理中色谱保留时间对齐的计算复杂度。 　　(6)提出了一种以信号强度为参量的差异分布模型，能够提高差异检验的灵敏度。 　　(7)开发了无标记定量软件LFQuant、标记定量软件SILVER，已经无鉴定定量分析工具XICFinder。其中SILVER能够支持自定义标记方法，提供了图形化界面。LFQuant速度和定量精度等性能经过了多次优化。 　　报告题目：多层次蛋白质磷酸化分析中的数据处理方法研究 　　报告人：中国科学院大连化学物理研究所叶明亮研究员 叶明亮研究员 　　叶明亮研究员在报告中提到，根据研究目的的不同，蛋白质磷酸化的分析可以划分为三个层次：信号转导通路中关键节点蛋白质的磷酸化、生物体内的所有蛋白质的磷酸化(即磷酸化蛋白质组)、生物体内的所有激酶与底物的相互作用(磷酸化调控网络)。不同层次的分析有不同的目的，样品的复杂度也不同，因此需要不同的数据处理方法。 　　在节点蛋白质的磷酸化分析方面，为实现对某一感兴趣蛋白质中磷酸化位点的全面分析鉴定，发展了一种基于改进的目标-伪数据库用于数据检索，来高覆盖率、高可靠鉴定简单蛋白样品中的磷酸化位点信息的方法。并且从搜库耗时上，允许用多种低特异性的酶来提高简单蛋白样品的序列鉴定的覆盖度，从而更加全面的鉴定样品的磷酸化位点信息。 　　在磷酸化蛋白质组层次上要实现在保持较高可信度和灵敏度的情况下对海量质谱数据以及检索数据进行自动化处理。针对磷酸化蛋白质组学中磷酸化肽段鉴定难，假阳性率高，主要依赖于人工验证的现状，发展了一种结合MS2和MS3图谱以及正伪数据库检索的自动磷酸化肽段鉴定方法。该方法结合了MS2和MS3的鉴定信息，提高了磷酸化肽段鉴定的灵敏度和可信度，可以自动的对磷酸化肽段进行鉴定而无需进一步的人工验证。利用这种方法，结合磷酸肽的多维分析已经可以从人肝组织中鉴定超过8000个磷酸化位点。最近，其课题组还发展了一种基于分类筛选的磷酸化肽段鉴定方法，该方法结合了MS2/MS3方法的高可信度，并且考虑了部分不易发生中性丢失的磷酸化肽段的鉴定，进一步提高了磷酸化肽段鉴定的灵敏度。 　　在磷酸化调控网络层次主要是揭示激酶与底物蛋白质上磷酸化位点的对应关系，叶明亮研究员表示，这是该课题组今后研究的一个重要方向，目前已经在与合作者利用生物信息学的方法模拟构建磷酸化网络图。

长期以来，国外公司对核磁共振数据处理和解释方法实施技术封锁。在运用国外先进仪器进行油井探测中，他们仅仅只提供服务而不卖处理软件。经过10余年的攻关，长江大学何宗斌博士独立开发出了具有自主知识产权的核磁共振测井数据处理和解释软件系统，一举打破了这一垄断格局。 　　“有了这项技术，可以准确解密国外的测井数据处理技术，为我国的测井仪器研发与设计提供指导，对采油提供强力支持。”何宗斌博士说。这一技术得到中国石油勘探开发研究院李宁教授的首肯，他说：“何博士发展的核磁共振数据处理方法可叫‘何宗斌方法’。” 　　李宁教授介绍，一般来说，国内开发的相关软件最多只能处理一两种数据，国外的软件也只能处理自已公司的仪器数据，而此技术却能有效处理国外三大石油服务公司(斯仑贝谢、哈里伯顿、贝壳休斯)四种类型的核磁共振测井仪的数据，具有统一的测井数据处理解释软件平台。 　　对最原始数据准确进行解码，是该技术的另一大亮点。“在清楚分析核磁共振测井仪的原始数据结构、数据保存方式、测量模式的基础上，就能全面评估测井质量与校验错误数据。”何博士比喻道，“就像VCD、DVD播放碟片，如果解码不过关，屏幕会出现马赛克现象，造成视觉的模糊，我们的软件具有修订错误的功能，能有效避免马赛克现象。” 　　此技术已在油田定性与定量评价油气中得到有效检验。河南油田一口探井在进行核磁共振测井后，解释了许多油层，但油田进行三次试油的结果却是全部出水。采油方认为该井将打空(无油气)，现场专家也对核磁共振测井失去了信心。受邀诊断的何博士在收集、分析资料后，提出了唯一的试油层位，结果试油压喷日产油7.46吨，达到了工业油气流价值，避免了该区块无油的结论。 　　目前，该技术已在中石油、中石化、中海油三大公司的测井数据处理中得到普遍运用。“这一技术对我们的生产具有很大的帮助。”中海油勘探开发部经理徐立强感慨。迄今，越来越多的研究机构和石油企业邀请何博士讲课和现场指导，联合进行课题攻关。去年，何博士就与北京石油勘探院、长城钻探、中海油签订合作项目，总经费达400万元。