序禎達(dá)生物是中國(guó)領(lǐng)先的多組學(xué)和測(cè)序服務(wù)提供商之一，該公司利用 NVIDIA Parabricks 來加速多組學(xué)分析。借助 Parabricks，序禎達(dá)生物將全基因組測(cè)序的時(shí)間從 7 小時(shí)縮短至 31 分 05 秒，幾乎是使用 CPU 加速的 14 倍。序禎達(dá)生物還通過 Parabricks BWA-Meth 實(shí)現(xiàn)了比對(duì)的顯著提速，與傳統(tǒng)比對(duì)方法相比，將甲基化比對(duì)的速度提升了 21 倍。

序禎達(dá)生物將前沿的多組學(xué)技術(shù)引入中國(guó)市場(chǎng)，為廣泛的商業(yè)用戶群體提供服務(wù)，是中國(guó)領(lǐng)先的多組學(xué)服務(wù)提供商之一。公司提供下一代測(cè)序（NGS）和多組學(xué)服務(wù)，其分布式測(cè)序?qū)嶒?yàn)室每月產(chǎn)生超過 1.5 PB 的數(shù)據(jù)，為下游分析提供了大量有價(jià)值的數(shù)據(jù)。

序禎達(dá)生物處于測(cè)序技術(shù)的前沿，支持基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、微生物組學(xué)和多組學(xué)研究，通過精準(zhǔn)測(cè)序和多組學(xué)解決方案為生命科學(xué)領(lǐng)域帶來革新。

作為中國(guó)首家使用 NVIDIA GPU 加速片段分析的 NGS 公司，序禎達(dá)生物是該領(lǐng)域公認(rèn)的領(lǐng)導(dǎo)者和創(chuàng)新者，其旗下設(shè)有兩大主要業(yè)務(wù)部門：

FLASH-SEQ：一個(gè)覆蓋中國(guó)多個(gè)城市的 NGS 測(cè)序平臺(tái)。序禎達(dá)生物擁有 10 個(gè)實(shí)驗(yàn)室，是中國(guó)最大的 NGS 測(cè)序服務(wù)供應(yīng)商之一。

序禎達(dá)多組學(xué)：中國(guó)最大的多組學(xué)供應(yīng)商之一，專注為制藥公司的臨床和研究階段提供服務(wù)。自 2021 年以來，序禎達(dá)生物已在中國(guó)開展了 300 多個(gè)隊(duì)列研究。

序禎達(dá)生物聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席信息官費(fèi)家俊表示：“我們?yōu)榭蛻籼峁臐駥?shí)驗(yàn)室到干實(shí)驗(yàn)室的整體解決方案。我們看到了 GPU 在加速生命科學(xué)發(fā)現(xiàn)方面的巨大潛力，正在開展多項(xiàng)業(yè)內(nèi)革命性工作，以實(shí)現(xiàn)我們下一代基因測(cè)序生產(chǎn)力的數(shù)字化?！?/p>

借助 NVIDIA 的技術(shù)加速分析

作為中國(guó)最大的測(cè)序中心之一，序禎達(dá)生物的測(cè)序儀會(huì)產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)。因此，序禎達(dá)生物需要一個(gè)能夠處理大規(guī)模數(shù)據(jù)集并簡(jiǎn)化分析的解決方案。該團(tuán)隊(duì)采用了 NVIDIA Parabricks，這是一個(gè)用于二級(jí)分析的可擴(kuò)展基因組學(xué)軟件套件，提供經(jīng) GPU 加速的可信開源工具版本。

費(fèi)家俊回憶道：“2021 年，我們引入了 NVIDIA Parabricks 和 GPU，利用這些技術(shù)加速多組學(xué)分析工作負(fù)載。此次合作旨在借助 Parabricks 平臺(tái)來加速多組學(xué)分析。我們看到了 AI 在助力科學(xué)研究以及加快研究進(jìn)程、為客戶提供更多支持方面的巨大潛力。”

Parabricks 將基因組處理速度提升“百倍”

序禎達(dá)生物使用 Parabricks 來加速WES（外顯子組測(cè)序）和WGS（全基因組測(cè)序）。此前，該公司在使用基因組分析工具包（GATK）和 CPU 時(shí)遭遇了顯著的延遲問題。使用 GATK 時(shí)，WES需要 15 個(gè)小時(shí)完成，WGS則需要 50 個(gè)小時(shí)。使用 CPU 加速后，WES時(shí)間降至 2 個(gè)小時(shí)，WGS時(shí)間降至 7 個(gè)小時(shí)。

但將 Parabricks 應(yīng)用于這兩種類型的檢測(cè)后，速度得到了顯著提升。借助 Parabricks，WES僅需 2 分 37 秒，速度幾乎是 CPU 加速方法的 46 倍，是 GATK 的近 344 倍。WGS僅需 31 分 05 秒，速度幾乎是 CPU 加速的 14 倍，是 GATK 的近 97 倍。

這種加速直接影響患者治療效果，因?yàn)閿?shù)據(jù)分析以往通常是瓶頸所在。序禎達(dá)生物信息技術(shù)總監(jiān)王佳偉解釋說：“使用 GATK 工作負(fù)載時(shí)，從WGS數(shù)據(jù)中獲取單個(gè)樣本結(jié)果需要花費(fèi) 30-50 個(gè)小時(shí)。而使用 Parabricks 之后，我們可以將時(shí)間縮短至不到 1 小時(shí)?！?/p>

數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)測(cè)試由序禎達(dá)生物提供Parabricks 將甲基化比對(duì)加速 21 倍

Parabricks 的結(jié)果不僅與開源工具一致（這保障了研究的可重復(fù)性和透明度），還能顯著加速一直以來耗時(shí)的分析步驟。除了加速全外顯子組測(cè)序和全基因組測(cè)序之外，序禎達(dá)生物還希望改進(jìn)甲基化比對(duì)。

對(duì)于經(jīng)亞硫酸氫鹽處理的 DNA 測(cè)序讀數(shù)（BS-Seq）的比對(duì)，則使用了 BWA-Meth 來檢測(cè) DNA 甲基化。在一個(gè) 110GB 的數(shù)據(jù)集上，使用傳統(tǒng)方法完成比對(duì)需要 21 個(gè)小時(shí)。而使用 8 塊 NVIDIA T4 GPU 以及 Parabricks 中經(jīng) GPU 加速的 BWA-Meth 版本，比對(duì)時(shí)間縮短至僅 1 個(gè)小時(shí)。與傳統(tǒng)方法相比，使用 Parabricks 進(jìn)行甲基化比對(duì)的速度提升了 21 倍。

數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)測(cè)試由序禎達(dá)生物提供NVIDIA CUDA-X 數(shù)據(jù)科學(xué)庫將單細(xì)胞分析提升至 “秒級(jí)”

序禎達(dá)生物支持多種應(yīng)用場(chǎng)景的工作負(fù)載，包括單細(xì)胞分析。然而，單細(xì)胞數(shù)據(jù)處理可能極其耗時(shí)，尤其是在數(shù)據(jù)集規(guī)模不斷擴(kuò)大的情況下。

NVIDIA CUDA-X Data Science（RAPIDS）是一套開源的 GPU 加速的數(shù)據(jù)科學(xué)和 AI 庫，可提升整個(gè)數(shù)據(jù)工作流的性能。CUDA-X DS 常用于基因組學(xué)應(yīng)用中的單細(xì)胞分析和三級(jí)分析。序禎達(dá)生物發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)包含 70,000 個(gè)人類肺細(xì)胞的數(shù)據(jù)集上，與 Scanpy 相比，使用 CUDA-X DS 可以顯著加速預(yù)處理步驟。使用 Scanpy 時(shí)，預(yù)處理需要 37 分鐘完成，而使用 CUDA-X DS 時(shí)，該步驟僅需約 22 秒，速度提升了近 101 倍。

數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)測(cè)試由序禎達(dá)生物提供賦能一整套解決方案

從加速甲基化比對(duì)到縮短單細(xì)胞分析的預(yù)處理時(shí)間，序禎達(dá)生物借助了多種 NVIDIA 技術(shù)來減少運(yùn)行時(shí)間。通過利用 NVIDIA 的硬件和軟件（包括 T4 GPU、Parabricks 和 CUDA-X DS），序禎達(dá)生物加速了一直以來耗時(shí)的流程。因此，NVIDIA 提供的完整解決方案使序禎達(dá)生物能夠應(yīng)對(duì)各種不同的應(yīng)用場(chǎng)景，并為客戶帶來即時(shí)價(jià)值。