[dennou-ruby:002429] NArray + MPI の使い道

[Masahide Kikkawa <Masahide.Kikkawa@xxxxxxxxxxxxxxxxxx>]

吉川です。

> ところで，吉川さんは Ruby で MPI を使われているのですね．NArray
> を使うということは並列計算でしょうか．よろしければ，どんなことを
> されているのか，この ML 宛てに流して頂けないでしょうか．

　はい、そのとうり、並列計算をしようとしています。

　で、その並列計算を何に使うのかというと、電子顕微鏡の写真からモーター 
蛋白分子の３次元構造を再構成するのに使っています。モーター蛋白分子の３ 
次元構造をみることで、どのように化学エネルギー（ATP)を、動きという物理 
的なエネルギーに変えているのかを調べています。そのあたりの詳しいことは
http://wwwsoc.nii.ac.jp/jps/jps/butsuri/butsuri2003.html
の「構造から探る生物分子モーター・キネシンのしくみ」あたりをみてくださ 
るのがよいかと思います。（メールをいただければ pdf をお送りします。）

  その中で、NArray + MPI は、電子顕微鏡の写真の解析に使われています。 
電子顕微鏡で撮った蛋白分子の写真は、とてもノイズの多い写真なので、たく 
さんの蛋白分子の投影写真を重ね合わせて S/N をあげなくてはいけません。 
さらに、重ね合わせの前に、その蛋白分子をすべて同じ場所に alignment す 
る必要があります。たとえば、数千から数十万の蛋白分子の像を、FFTを使っ 
てあるreferenceと同じ場所に来るようにalignment しています。この部分は 
Ruby-FFT3を使わせて頂いています。あ、そうそう、rb-gslもよく使っていま 
す。(http://rubyforge.org/projects/rb-gsl/)

　5年くらい前までは、そうした比較->alignmentは C や Fortran のプログラ 
ムを使って行っていましたが、使用可能なメモリ量が増えたことで、Ruby + 
NArrayを使って書いても遜色ないスピード実行できるようになりました。 
Rubyの書きやすさと、NArrayの強力なメソッド群のお陰で、プログラムの開発 
効率は 5-10倍あがったというのが実感です。

　それでも、データ量が増えると比較->alignmentの部分は数時間から１日く 
らいかかることが多くなってきました。そこで、Linux clusterを使ってスピ 
ードアップできないかと思い、NArray + MPI を試しているところです。MPIは 
http://mpiruby.sourceforge.net/ を使いました。Master + Slaveという形 
で、比較のjobを複数の CPU に振り分けて実行スピードをあげています。うま 
く動いているようですし、それぞれのjobは完全に独立なので、CPUの数だけス 
ピードアップできそうです。

　スピードアップの方法としては、他に vectorize ( Altivec or SSE3 )、既 
存の matrix ライブラリの NArrayへの組み込みなどを試したいのですが、時 
間とスキルが無いので dennou-rubyのソフト資源から何かお借りできないか 
と、メーリングリストをのぞいています。


ではでは


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Masahide Kikkawa, M.D., Ph. D.
Assistant Professor, Department of Cell Biology
University of Texas, Southwestern Medical Center
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