如今,基因測(cè)序已經(jīng)不再是“深不可測(cè)”的詞匯,甚至基因測(cè)序技術(shù)在基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和測(cè)序市場(chǎng)的不斷規(guī)范化,中國(guó)基因測(cè)序市場(chǎng)增速明顯并進(jìn)入快速發(fā)展期。正是由于技術(shù)的快速進(jìn)步,讓檢測(cè)成本持續(xù)下降,也讓基因測(cè)序在更多場(chǎng)景上實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用的可能。2020年,華為云推出極致基因分析平臺(tái)計(jì)劃,據(jù)悉,此平臺(tái)計(jì)劃將助力基因測(cè)序行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展,實(shí)現(xiàn)同流程節(jié)省資源30%。

盡管發(fā)展迅速,但基因行業(yè)也有“痛點(diǎn)”

在2016年3月公布的“十三五”規(guī)劃中,精準(zhǔn)醫(yī)療被政府列為最重要的科技項(xiàng)目之一。政府計(jì)劃投入200億人民幣用于精準(zhǔn)醫(yī)療相關(guān)研究,并號(hào)召社會(huì)資本投入400億人民幣共同推進(jìn)精準(zhǔn)醫(yī)療發(fā)展。如今,精準(zhǔn)醫(yī)療已經(jīng)上升成為國(guó)家層面推動(dòng)與市場(chǎng)力量共同驅(qū)動(dòng)的一個(gè)新興行業(yè)。政府的鼓勵(lì)和支持讓以基因測(cè)序?yàn)榛A(chǔ)的精準(zhǔn)醫(yī)療迎來(lái)快速發(fā)展。

事實(shí)上,傳統(tǒng)的自購(gòu)設(shè)備、自建計(jì)算存儲(chǔ)集群會(huì)耗費(fèi)生物信息領(lǐng)域研發(fā)人員大量精力,集群的建設(shè)、維護(hù)、折舊也將消耗巨大成本。與此同時(shí),面對(duì)業(yè)務(wù)高峰時(shí)依然會(huì)出現(xiàn)算力不足的情況,對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)度有著比較大的影響。

雖然三代基因測(cè)序的讀長(zhǎng)更長(zhǎng),可以完美填補(bǔ)二代測(cè)序的眾多不足,在計(jì)算量方面,也比二代基因測(cè)序同一流程計(jì)算量擴(kuò)大了近100倍,但這也對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的需求進(jìn)一步增大。

打造計(jì)算環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化

面對(duì)上述痛點(diǎn),傳統(tǒng)基因公司自建機(jī)房的方式將難以繼續(xù)。以服務(wù)器維護(hù)為例,讓IT人員管理50臺(tái)服務(wù)器沒(méi)問(wèn)題,擴(kuò)大100倍,到5000臺(tái)服務(wù)器的時(shí)候,就不是一個(gè)IT人員可以維護(hù)的。這只是最直接的原因,更深層次的問(wèn)題是這么大的重資產(chǎn)投入,并不符合基因廠商的商業(yè)邏輯?；驈S商應(yīng)該更加地專注于業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)。那么云計(jì)算就是一個(gè)不錯(cuò)的選擇,新的問(wèn)題是什么樣的技術(shù)能夠保持云上云下流程的一致性呢?答案就是Docker容器技術(shù)。

毫無(wú)疑問(wèn),生物信息領(lǐng)域的基礎(chǔ)IT技術(shù)正在向Docker容器靠攏,目前由GA4GH制定的工具標(biāo)準(zhǔn)也都是使用Docker鏡像的。不僅如此,容器技術(shù)在整個(gè)IT領(lǐng)域發(fā)展迅猛。據(jù)IDC最新云服務(wù)市場(chǎng)報(bào)告(2019年第一季度)顯示,IaaS市場(chǎng)增速有所減緩,PaaS(容器)市場(chǎng)依然保持高增長(zhǎng),增速為101.9%。同時(shí)CNCF云原生基金會(huì)也正是迅速的壯大,圍繞容器的生態(tài)圈也逐步完善。

當(dāng)前,Docker已然是計(jì)算機(jī)科學(xué)家和開(kāi)發(fā)人員領(lǐng)域的熱門話題之一。它現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛地被生物學(xué)領(lǐng)域使用,具有巨大的潛力。國(guó)際Top生信機(jī)構(gòu)紛紛采納Docker作為基礎(chǔ)運(yùn)行環(huán)境,并且成為每一個(gè)生物信息分析領(lǐng)域的人知曉的Docker技術(shù)。

作為一個(gè)開(kāi)源引擎,Docker可以自動(dòng)將應(yīng)用程序部署到容器中,同時(shí)又是獨(dú)立于Host系統(tǒng)的。這樣不僅可以隨時(shí)改變?nèi)萜髦械能浖蛨?zhí)行的命令,而且不用擔(dān)心破壞主機(jī)系統(tǒng)。這是一個(gè)令人難以置信的輕量、快速和高效的環(huán)境,它可以方便的運(yùn)行代碼,而這也是Docker技術(shù)迅速火遍全球的原因之一。

加速生物信息變革的華為云基因容器

在中國(guó),華為云基因容器服務(wù)(GCS)將基因測(cè)序和容器技術(shù)完美地結(jié)合在了一起,為廣大基因測(cè)序廠商提供了“更省、更快、更輕松”的云計(jì)算平臺(tái)。從GCS的產(chǎn)品特點(diǎn)來(lái)看,它由三層架構(gòu)組成。最底層Docker層,主要解決基因測(cè)序相關(guān)軟件的安裝升級(jí)問(wèn)題;中間層Kubernetes層,則主要解決在大規(guī)模集群中部署&運(yùn)行Docker的問(wèn)題;最上層流程管理層,主要負(fù)責(zé)基因測(cè)序的流程控制,同時(shí)提供精細(xì)粒度的監(jiān)控運(yùn)維管理能力。

事實(shí)上,基因容器(GCS)在提供全容器化能力的同時(shí),還支持一鍵創(chuàng)建SGE集群,并根據(jù)投遞任務(wù)控制sge隊(duì)列的自動(dòng)擴(kuò)縮容,做到真正的Serverless+按需使用。此外,基因容器(GCS)還支持Cromwell引擎,提供運(yùn)行WDL流程的能力?；蛉萜鞣?wù)(GCS)做到基因業(yè)務(wù)上云使用更靈活,性價(jià)比更高,運(yùn)維更簡(jiǎn)單。

實(shí)現(xiàn)同流程節(jié)省資源30%

以業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的GATK4跑WGS(全基因組)流程為例,利用容器的靈活規(guī)格,我們可以做到以單個(gè)步驟(軟件)為粒度來(lái)調(diào)整所需要給予的資源大小。例如,BaseRecalibrator步驟,傳統(tǒng)虛機(jī)跑的話,一般選擇4C8G的規(guī)格,同時(shí)并發(fā)跑18個(gè)虛機(jī)一起跑。而利用容器跑,可以根據(jù)樣本情況,精確控制容器規(guī)格到3C6G即可滿足要求。這種異形的CPU:Mem的比例,就是容器所獨(dú)有的巨大優(yōu)勢(shì)。在面對(duì)大規(guī)模并發(fā)生信流程時(shí),每個(gè)步驟節(jié)約的資源,匯總后有客觀的效果。

由于每個(gè)步驟運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)不一,累積后結(jié)果就是整個(gè)WGS使用全容器化執(zhí)行,全流程可以節(jié)約資源30%~40%,效果顯著。而這一特點(diǎn)得到了多家基因測(cè)序廠商的廣泛認(rèn)可。

與此同時(shí),由于細(xì)粒度容器的裝箱優(yōu)勢(shì)。全容器化的大量生信流程并發(fā)執(zhí)行,可以使得節(jié)點(diǎn)資源利用率更高,即沙子(任務(wù)負(fù)載)可以把箱子(計(jì)算節(jié)點(diǎn))填的更滿。所以從整體集群資源利用率上,也可以較傳統(tǒng)集群獲得更大的成本優(yōu)勢(shì)。

華為云助力基因測(cè)序行業(yè)定制專業(yè)云平臺(tái)

目前,大部分通用的公有云廠商,提供的大多是基礎(chǔ)設(shè)施能力。而專業(yè)的領(lǐng)域云平臺(tái),仍然需要領(lǐng)域化功能,甚至包含大量的專業(yè)化定制。典型如:FireCloud博德云(麻省理工+哈佛大學(xué)),ISB-CGC(美國(guó)國(guó)家腫瘤基因云)都是基于谷歌云打造。

作為業(yè)界首個(gè)基于Kubernetes加Docker容器技術(shù)打造的基因測(cè)序云服務(wù),華為云基因容器服務(wù)(GCS)提供了完整的基因計(jì)算解決方案。同時(shí)具備完整的云上云能力,是允許用戶深度定制領(lǐng)域云平臺(tái)。依托于華為云強(qiáng)大的技術(shù)支撐團(tuán)隊(duì),華為云基因容器服務(wù)(GCS)為客戶基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境提供了7X24小時(shí)的運(yùn)維,做到客戶真正的“聚焦業(yè)務(wù)”。

同時(shí),在云上云模式下,由于基因容器服務(wù)(GCS)支持細(xì)粒度話單功能,使得客戶可以精確獲得單個(gè)樣本單流程的實(shí)際計(jì)算成本。廠商可以聚焦SaaS服務(wù),并將成本細(xì)節(jié)向最終用戶屏蔽,能夠獲得更好的業(yè)務(wù)主動(dòng)權(quán)。

基因容器服務(wù)提供全棧型的解決方案,其強(qiáng)大的研發(fā)團(tuán)隊(duì)加技術(shù)支撐能力,讓企業(yè)可以更加專注行業(yè)內(nèi)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展,加大儀器優(yōu)化、技術(shù)更新、產(chǎn)品迭代方向投入的同時(shí),將有限的資金實(shí)現(xiàn)最大化利用,從而實(shí)現(xiàn)在市場(chǎng)上領(lǐng)先對(duì)手,占得先機(jī)。

基因容器首席架構(gòu)師唐盛軍表示,華為云作為有技術(shù)、有未來(lái),值得信賴的云服務(wù)平臺(tái),希望通過(guò)極致基因分析平臺(tái)計(jì)劃,助力基因測(cè)序企業(yè)云化發(fā)展。

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