用于加快 DNA 测序的 SBC

March 2, 2017

在医疗和生物科技领域，DNA 测序 – 确定 DNA 分子中核甘酸精确次序的过程 – 将促进诊断进展、医疗和生物研究、病毒学和法医学。虽然 DNA 测序的潜在用途似乎无穷无尽，但希望执行 DNA 测序的任何组织都需要做好应对大规模数据的准备。他们需要一种可以提供庞大计算吞吐量、速度、稳定性和分辨率的系统。

这对于新一代测序 (NGS) 技术尤为如此。NGS 可让科学家和研究者通过搜索和比较数以亿计的 DNA 片段，方便地挖掘数据测序的最大潜力（图 1）。在执行此项分析时，NGS 会生成大量的数据，这给数据存储、分析和共享带来了挑战。即便如此，配备强大 Intel® 处理器的 NGS 系统能够在一周甚至更短时间内标出完整的 DNA 序列（超过三十亿个 DNA 双螺旋）。这与人类基因组计划最初使用 13 年时间相比可谓天地之别！

图 1.新一代测序 (NGS) 技术可让科学家和研究者通过搜索和比较数以亿计的 DNA 片段，挖掘数据测序的最大潜力。

当然，处理所有这些数据是值得花点精力的。遗传信息已开始帮助延长寿命，提供防止威胁生命的疾病发展或恶化的方案，并且促生新的预防性药物解决方案。医学专家已开始使用特定的患者 DNA 信息来提供治疗，从而最大限度地降低风险和提高康复率。

在评估 NGS 为医疗行业带来的主要受益时 – 尤其是传染性疾病、产前检查、自发病、肿瘤学和器官配对以及组织供者 – Grand View Research, Inc. 预计在 2022 年新一代测序的全球市场年收入将达到 $278 亿美元（从 2014 年的 20 亿美元起）。这使其成为对于系统集成商而言收益可观的一大领域。关键在于找到可处理此类数据的板。

一家公司通过工业 PC 设计和制造公司 Axiomtek 找到了答案。这位客户寻找不同于当前所有可用主板的单板计算机 (SBC)。Axiomtek 的设计服务设计了一款高性能的 SBC，其可支持两个高性能 Intel® Xeon® 处理器 E5-2400 产品系列 CPU。

从初始规划和设计直到测试和验证以及准备出货阶段，Axiomtek 的设计服务在定制过程中提供了重要的帮助，以确保最终产品可靠运行。诸如处理速度、存储需求和操作系统 (OS) 驱动器集成的主要因素都得到慎重考虑。最终获得的主板符合客户的复杂和特定要求，包括多个 LAN 端口、用于存储大量 DNA 序列信息的 SATA 端口、大量的 USB 端口、PCIe 宽度、VGA 连接器和 LVDS 接口。

为了确保该解决方案能够在各种应用中可靠地运行，客户选择了 Axiomtek 的热解决方案服务。Axiomtek 的设计服务还提供软件服务，包括嵌入式 OS 开发、软件 API 实用程序和驱动器支持以及 BIOS 定制。尤其是，NGS 公司采用 Axiomtek 的 BIOS 定制服务来个性化产品的启动屏幕并且请求每个板预先安装嵌入式版本的 Windows OS，以便为用户提供熟悉、简单易用的界面。

虽然对于这一特定的 DNA 测序机器并不需要，但很多 Axiomtek 的嵌入式主板都通过了重要的认证。这些认证包括 UL60601-1/EN60601-1、CE 和 FCC B 级，供医疗机构使用。

采用功能强大的 Intel® Xeon® 处理器而构建

一项关键的卖点在于 Axiomtek 能够构建支持两个 Intel® Xeon® 处理器 E5-2400 SKU（每个八个核心）的板。这些处理器包括 Intel® Turbo Boost 技术，其根据热余量有效地“超频”单个核心以处理繁重的工作负载（图 2）。Intel® Xeon® 处理器 E5-2400 系列还支持 Intel® 超线程技术，该技术可让每个核心处理的线程数翻倍，并且让每个核心同时完成更多任务。

图 2.Intel® Turbo Boost 技术通过利用热与动力余量，可根据需要大幅提升处理器的频率。

最新的 Intel Xeon 处理器 E5-2400 v3 产品系列更为惊人。凭借多达 10 个核心以及支持多达 384 GB 的 DDR3 无缓冲内存，这些处理器可以为 NGS 解决方案提供高效的发电装置，提高计算性能，从而更快速地解答 DNA 测序疑问。另外还可通过 Intel® Xeon® 处理器 E5-2600 v3 产品系列提升性能。其嵌入式 SKU 包括多达 12 个核心，并且支持多达 768 GB 的更快 DDR4 内存。

上述讨论针对 Intel 处理器的特定优势 – 能够扩展解决方案以满足解决方案的价格要求和性能需求。如果采用 NGS 解决方案，时间可比金钱宝贵得多了。当面临生命威胁，可选治疗方案和速度取决于能否快速获得结果，您最不希望发生的事情就是计算解决方案遭遇瓶颈。

一体式医疗触屏计算机

与 Axiomtek 合作的医疗设备制造商的另外一项优势成就了医疗级无风扇触屏计算机，可用于显示 NGS 和其他测试结果。另外一个范例就是他们的 MPC153-834 计算机，带 15.6 英寸 WXGA TFT LCD 显示屏，且显示屏亮度为 300 尼特。这款医疗面板 PC 专为医疗环境而设计，具有一个兼容 IPX1 的机箱和一个 IP65/NEMA 4 级防泄漏和防尘前面板（图 3）。而且，这款宽屏医用触屏 PC 配备独立的 COM 端口，可保护设备，防止遭受电涌和瞬时电压尖峰影响。搭载四核 Intel® Celeron® 处理器 J1900，这款强大的 15.6 英寸 MPC153-834 提供内置的图形功能，可清晰、精准地显示医疗图像和其他结果。