生物信息分析主要環(huán)節(jié)計算特點、軟件工具，及工作站硬件配置推薦25v1
生物信息分析的主要環(huán)節(jié)，包括數(shù)據(jù)質(zhì)控、序列比對、標記重復(fù)、變異檢測、注釋、功能分析、可視化等。每個環(huán)節(jié)都有不同的軟件，比如質(zhì)控用FastQC，比對用BWA或Bowtie2，變異檢測用GATK，注釋用ANNOVAR等。
硬件方面，CPU核心數(shù)、內(nèi)存和硬盤IO。例如，比對和變異檢測需要多核CPU和大內(nèi)存，而質(zhì)控對硬盤IO要求較高。需要收集每個軟件推薦的配置，比如BWA-MEM使用多核（如32核），GATK HaplotypeCaller需要64GB以上內(nèi)存，新版的GATK對資源的需求有所不同，引入了GPU支持。例如，NVIDIA的Parabricks套件可能用GPU加速GATK流程中的某些步驟。
另外，硬盤IO方面，數(shù)據(jù)預(yù)處理和比對階段可能需要高速存儲，比如NVMe SSD，而后續(xù)分析可能對存儲容量有更高要求。需要區(qū)分每個環(huán)節(jié)的IO需求，比如質(zhì)控階段需要快速讀取原始數(shù)據(jù)，而變異檢測可能需要頻繁讀寫中間文件。
一些新興工具，如深度學(xué)習(xí)在變異檢測中的應(yīng)用，這些可能更依賴GPU，比如DeepVariant的GPU版本。
各環(huán)節(jié)詳細說明與優(yōu)化建議
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No |
計算環(huán)節(jié) |
主要任務(wù) |
軟件工具 |
硬件需求 |
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1 |
數(shù)據(jù)質(zhì)控 |
將測序儀生成的原始信號轉(zhuǎn)換為堿基序列，并進行質(zhì)量控制 |
Base Calling：Guppy（Nanopore）、Illumina BaseSpace 質(zhì)量控制：FastQC、Cutadapt、Trimmomatic |
CPU：64-128 核（AVX512 加速，優(yōu)化 I/O 線程） 內(nèi)存：128-256GB（部分軟件會加載整個數(shù)據(jù)集進行清理） 硬盤 I/O：主要是順序讀取和寫入，推薦 NVMe SSD（快速讀取FASTQ文件） GPU：Guppy 支持 GPU 加速（A100/H100 提速明顯） |
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2 |
序列比對 |
將測序數(shù)據(jù)比對到參考基因組 |
短讀長比對：BWA多線程）、、Bowtie2、STAR（RNA-Seq，需大內(nèi)存） 長讀長比對：Minimap2、NGMLR |
CPU：128-256 核（優(yōu)化 SIMD 指令，AVX2/AVX512） 內(nèi)存：512GB 以上(人類基因組需≥64GB,特別是全基因組比對） 硬盤 I/O：高吞吐 NVMe SSD（隨機讀寫壓力大） GPU：目前不支持 GPU（部分 AI 預(yù)測比對可用 DeepVariant） |
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3 |
標記重復(fù) |
通過算法識別這些非生物來源的重復(fù)讀段，并標注其位置 |
Picard（單線程/多線程）、sambamba（多線程優(yōu)化） |
中等核心數(shù)（8-32核）+高速NVMe SSD(減少I/O等待) |
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4 |
變異檢測 |
檢測SNP（單核苷酸多態(tài)性）、Indel（插入缺失）等變異 |
GATK HaplotypeCaller（多線程）、DeepVariant（深度學(xué)習(xí)） |
CPU：128-256 核（浮點計算密集） 內(nèi)存：512GB-1TB（全基因組變異檢測需大內(nèi)存） 硬盤 I/O：順序讀寫為主，SSD 推薦 GPU：DeepVariant 支持 GPU（A100/H100 加速GATK流程） |
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5 |
功能注釋 |
將基因與已知數(shù)據(jù)庫進行匹配，賦予生物學(xué)功能 |
ANNOVAR（單線程）、SnpEff（多線程有限） |
CPU：64-128 核 內(nèi)存：128-256GB 硬盤 I/O：大數(shù)據(jù)比對時 SSD 需求高 GPU：BLAST 部分實現(xiàn)支持 GPU 加速 |
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6 |
差異表達分析 |
消除測序深度等技術(shù)偏差，剔除低質(zhì)量樣本或低表達分子 |
DESeq2（R語言，多線程有限）、edgeR |
高主頻CPU（加速統(tǒng)計模型計算） |
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7 |
基因組組裝 |
將短讀長或長讀長拼接成完整基因組 |
短讀長組裝：SPAdes（多線程）、SOAPdenovo 長讀長組裝：Canu（需極大內(nèi)存）、Flye、Shasta MetaHipMer（宏基因組組裝工具支持GPU） |
CPU：256 核以上（并行化計算） 內(nèi)存：1TB 以上（長讀長組裝需要超大內(nèi)存） 硬盤I/O：SSD 必須，隨機寫壓力大 GPU：Shasta 部分支持 GPU |
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8 |
結(jié)構(gòu)變異檢測 |
分析基因組結(jié)構(gòu)變化，如大片段缺失、插入、倒位 |
Lumpy（單線程）、Delly、Manta（結(jié)構(gòu)變異檢測，多線程） CNVkit、GATK CNV（拷貝數(shù)變異） |
CPU：128 核左右 內(nèi)存：512GB 硬盤 I/O：順序讀寫，推薦 NVMe SSD GPU：大部分不支持 GPU |
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9 |
表觀遺傳分析 |
研究基因表達調(diào)控中不涉及DNA序列改變的遺傳修飾（如DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化等） |
Bismark（比對，多線程）、MACS2（峰值檢測，單線程） |
中等內(nèi)存（ChIP-Seq需≥64GB） |
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10 |
機器學(xué)習(xí)/深度學(xué)習(xí) |
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DeepVariant(CNN)、定制PyTorch/ TensorFlow模型 |
NVIDIA A100+顯存≥40GB |
生物信息分析硬件設(shè)備配置推薦
（1）生物信息分析主計算服務(wù)器/工作站配置推薦（單機方案）
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NO |
型號 |
配置規(guī)格 |
價格 |
備注 |
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1 |
A330 156192-72TA |
Intel U9-285K酷睿超頻處理器 (共計24核,其中8核5.6GHz,16核4.0Ghz)/192GB DDR5/Quadro T400 4GB /4TB SSD系統(tǒng)盤+4*18TB SATA企業(yè)級/塔式(1200w)/27寸-2K圖顯 |
39990 |
小規(guī)模 |
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1A |
AX430 148192-72TA |
Intel Xeon W7-2495X超頻處理器 (共計24核4.8GHz)/192GB DDR5 /Quadro T400 4GB /4TB SSD系統(tǒng)盤+4*18TB SATA企業(yè)級/塔式(1200w)/27寸-2K圖顯 |
59800 |
小規(guī)模 |
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2 |
EX660i 228256-72TA |
2顆Xeon銀4416+處理器 (40核2.8GHz)/256GB DDR5/Quadro T400 4GB/4TB NVME系統(tǒng)盤+80TB并行存儲/塔式(1500w)/27寸2K-高清圖顯 |
78000 |
小規(guī)模增強型 |
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3 |
EA630i 228384-90TA |
2顆AMD霄龍7773X處理器 (128核3.0GHz)/512GB DDR4 / RTX4090D 24GB/4TB NVMESSD系統(tǒng)盤+90TB并行存儲/塔式(1500w)/27寸-2K圖顯 |
99990 |
中等規(guī)模 |
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4 |
GX660M 227512-90TA |
2顆Xeon金牌6530處理器 (64核2.7GHz)/512GB DDR5/Quadro T400 4GB/4TB NVME SSD系統(tǒng)盤+90TB 并行存儲/塔式(1500w)/27寸-2K圖顯 |
99990 |
中等規(guī)模 |
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5 |
GX660M 227768-126TT |
2顆Xeon金牌6530處理器 (64核2.7GHz)/768GB DDR5/ RTX4090D 24GB/7.68TB NVME SSD系統(tǒng)盤+126TB 并行存儲/塔式(2000w)/27寸-4K圖顯 |
149000 |
中等規(guī)模 增強 |
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5A |
GA660M 244768-126TT |
2顆AMD霄龍9375F處理器 (64核4.4GHz)/768GB DDR5/ RTX4090D 24GB/7.68TB NVME SSD系統(tǒng)盤+126TB 并行存儲/塔式(2000w)/27寸-4K圖顯 |
179990 |
大規(guī)模高速型 |
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6 |
GX660M 2311T-140TC |
2顆Xeon金牌8558處理器 (96核3.1GHz，大緩存)/1TB DDR5 /RTX A4000 16GB/15.36TB SSD系統(tǒng)盤+140TB并行存儲/雙塔式(2000w) /27寸-4K圖顯 |
195000 |
超大規(guī)模加速型 |
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6A |
GA660M 2451T-126TT |
2顆AMD霄龍9475F處理器 (96核4.5GHz)/1TB DDR5/ RTX A4000 16GB/15.36TB NVME SSD系統(tǒng)盤+140TB 并行存儲/雙塔式(2000w)/27寸-4K圖顯 |
213000 |
超大規(guī)模超頻型 |
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7 |
GA660M 2451T-126TT |
2顆AMD霄龍9575F處理器 (128核4.5GHz)/1TB DDR5/ RTX4090 48GB /15.36TB NVME SSD系統(tǒng)盤+140TB 并行存儲/塔式(2000w)/27寸-4K圖顯 |
265000 |
超大規(guī)模高速型 |
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7A |
GX660M 2311T-180TD |
2顆Xeon鉑金8592+處理器 (128核3.1GHz,大緩存)/1TB DDR5 /RTX 4090 48GB/15.36TB NVME SSD/140TB并行存儲/雙塔式(2000w)/27寸-4K圖顯 |
299990 |
超大規(guī)模增強型 |
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8 |
Alpha760 4301T-140TA |
4顆Xeon鉑金8468處理器 (192核3.0GHz)/1.5TB DDR5/RTX A1000 8GB/A100 40GB+水冷/1.92TB SSD系統(tǒng)盤+15.36TB高速緩存/140TB并行存儲/雙塔式(2000w冗余) /32"-2K圖顯 |
420000 |
超大規(guī)模全能型 |
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8A |
GA660M 2341T-140TA |
2顆AMD霄龍9684X處理器 (192核3.45GHz)/1.5TB DDR5/ RTX A1000 8GB/A100 40GB+水冷/1.92TB SSD/15.36TB NVME SSD+140TB 并行存儲/塔式(2000w)/32寸-2K圖顯 |
315000 |
超大規(guī)模全能型 |
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9 |
GA660M 2342T-140TA |
2顆AMD霄龍9965處理器 (384核3.42GHz)/2.3TB DDR5/ RTX A1000 8GB/A100 40GB+水冷/1.92TB SSD/15.36TB NVME SSD+140TB 并行存儲/塔式(2000w)/32寸-2K圖顯 |
420000 |
超大規(guī)模全能型 |
|
10 |
Alpha760 4302T-140TA |
4顆Xeon白金8480+處理器 (224核3.0GHz)/2TB DDR5/RTX A1000 /A800 80GB+水冷/1.92TB SSD系統(tǒng)盤+15TB NVME SSD/140TB并行存儲/雙塔式(2000w冗余) /32"-4K圖顯 |
599990 |
超高規(guī)模完美加速型 |
(2) 全能設(shè)備硬件配置推薦（團隊方案）
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No |
貨物名城 |
機型 |
技術(shù)參數(shù) |
數(shù)量 |
單價 |
小計 |
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1 |
計算服務(wù)器 |
GX660 |
2顆Xeon 金牌6530處理器（64核2.7GHz，大緩存）/1TB DDR5/1.92TB SSD /4U機架式(1500W)/100G以太光口 |
2 |
99990 |
199980 |
|
2 |
GPU計算服務(wù)器 |
GX660 |
2顆Xeon 金牌6530處理器（64核2.7GHz,大緩存）/ 1TB DDR5/2*A100 40GB /1.92TB SSD /4U機架式(2600W)/100G以太光口 |
1 |
215000 |
215000 |
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3 |
高頻計算服務(wù)器 |
GT430 |
Xeon W7-2475X超頻處理器（20核5.0GHz）/512GB DDR5 /RTX 4090D 24GB /1.92TB SSD/4U機架式(2000W)/100G以太光口 |
1 |
89900 |
89900 |
|
4 |
混合閃存存儲 |
N650C |
252TB并行存儲（雙通道） /23TB閃存陣列 /2*Xeon 銀牌4310/256GB/4U機架式 /100G網(wǎng)口 |
1 |
148000 |
148000 |
|
5 |
交換機 |
|
24口萬兆+6個40G/100G |
1 |
32000 |
32000 |
|
6 |
無線路由器 |
|
5G無線+雙10G網(wǎng)口 |
1 |
2350 |
2350 |
|
7 |
機柜 |
|
42U，服務(wù)器機柜 |
1 |
6500 |
6500 |
|
8 |
切換器 |
|
KVM，8口 HDMI |
1 |
980 |
980 |
|
9 |
|
|
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|
|
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|
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合計 |
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￥694,710元 |
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