存儲(chǔ)可以在很多方面為醫(yī)學(xué)研究提供支持，尤其是與大腦成像硬件相關(guān)的領(lǐng)域。美國(guó)斯坦福大學(xué)是如何在其最近的研究項(xiàng)目中利用高速存儲(chǔ)的呢,？
在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,，快速存儲(chǔ)能支持研究人員存儲(chǔ)和解析大型數(shù)據(jù)集。一個(gè)超大型數(shù)據(jù)集的示例就是斯坦福大學(xué)的 MultiMAP 項(xiàng)目,，該項(xiàng)目用于跟蹤,、記錄并分析斑馬魚大腦中神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)。
斯坦福大學(xué)的 MultiMAP 是做什么的,？
在斯坦福大學(xué)的一篇新聞稿中,，科學(xué)作家 Bruce Goldman 解釋說(shuō)，MultiMAP（分子和活動(dòng)表型的多重比對(duì)）支持研究人員“跟蹤斑馬魚大腦中的幾乎每一個(gè)神經(jīng)元,，然后確定每個(gè)相關(guān)神經(jīng)元的細(xì)胞類型,。”MultiMAP 背后的斯坦福大學(xué)團(tuán)隊(duì)利用技術(shù)確定了腦回路實(shí)際上與警覺(jué)性有關(guān),。
斯坦福大學(xué)跟蹤了斑馬魚大腦中的神經(jīng)元,，將大腦活動(dòng)與警覺(jué)性聯(lián)系起來(lái),。 圖片來(lái)自 NICHD。
斯坦福大學(xué)生物工程及精神病學(xué)和行為科學(xué)教授兼霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員 Karl Deisseroth 告訴 Goldman,，“我們?cè)隰~存活期,、細(xì)胞處于極度活躍狀態(tài)時(shí)跟蹤它大腦中的每個(gè)神經(jīng)元，并了解了魚的警覺(jué)性最高時(shí)哪些細(xì)胞最活躍,。然后,，在不改變魚頭部細(xì)胞相對(duì)位置的情況下使用固定劑保存魚的腦組織后，我們可以使用分子探針找到相關(guān)神經(jīng)元并確定其細(xì)胞類型,?！?nbsp;
這項(xiàng)技術(shù)本身需要大規(guī)模運(yùn)作，因此需要處理單元附近部署大量低延遲,、高速的存儲(chǔ)才能實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)轉(zhuǎn),。隨著此類大腦成像技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和進(jìn)步，存儲(chǔ)也要迎頭趕上,。
MultiMAP 極其重要,，因?yàn)樗占臄?shù)據(jù)對(duì)心理健康有極大影響。Goldman 特別指出,，睡眠不足與抑郁癥均和缺乏警覺(jué)性有關(guān),，而焦慮癥、躁狂癥與創(chuàng)傷后壓力心理障礙癥 (PTSD) 和警覺(jué)性過(guò)度有關(guān),。
Deisseroth 說(shuō)：“新發(fā)現(xiàn)開(kāi)拓了一條全新的深入探索之路,。我們?cè)搅私饩X(jué)性等大腦狀態(tài)下的神經(jīng)元構(gòu)造，就會(huì)越了解大腦狀態(tài)這個(gè)概念本身,，我們甚至能夠幫助設(shè)計(jì)針對(duì)大腦狀態(tài)的臨床干預(yù)措施,。”
要踏上這條“深入探索之路”,，快速存儲(chǔ)至關(guān)重要,。斑馬魚幼體有大約 100,000 個(gè)神經(jīng)元，每個(gè)神經(jīng)元產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都需要被記錄,、存儲(chǔ)并快速仔細(xì)地梳理,，才能獲取重要的數(shù)據(jù)點(diǎn)。成年斑馬魚有大約 1,000 萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元,，這對(duì)斯坦福大學(xué)的 MultiMAP 技術(shù)的要求呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng),。相較之下，人類大腦則包含 860 億個(gè)神經(jīng)元,。
人類的神經(jīng)元數(shù)目是斑馬魚的 860 多倍,。
哪類存儲(chǔ)能夠繪制大腦構(gòu)造呢？
美光科技技術(shù)營(yíng)銷高級(jí)經(jīng)理 Jason Echols 表示，在處理如此多的信息,、繪制大腦構(gòu)造并確定其決策和功能時(shí),，研究人員便進(jìn)入了快速數(shù)據(jù)領(lǐng)域。為了處理如此多的數(shù)據(jù)并分析其中的重要數(shù)據(jù)點(diǎn),，MultiMAP“讓人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)變得稍稍清晰可見(jiàn)了一些”,。
Echols 說(shuō)，“他們需要進(jìn)行大量的并行處理,。當(dāng)他們需要將數(shù)據(jù)納入決策流時(shí),，他們不僅僅是在思考，實(shí)際上是在提取數(shù)據(jù)并予以分析,?！?/p>
Echols 表示，從事 MultiMAP 項(xiàng)目等工作的醫(yī)學(xué)研究人員在竭力“優(yōu)化存儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施以獲取最佳性能”,，尤其是當(dāng)他們處理斯坦福大學(xué)研究人員在腦細(xì)胞中觀察到的海量數(shù)據(jù)時(shí),。
“你會(huì)發(fā)現(xiàn)，英偉達(dá)和其他一些企業(yè)都在這些領(lǐng)域與他們進(jìn)行合作,?！盓chols 說(shuō)，“他們?nèi)绾问勾鎯?chǔ)兼具成本效益和超快速度,，讓運(yùn)行這些數(shù)據(jù)所需的所有計(jì)算核心都能獲得需要的數(shù)據(jù)呢？這才是真正有意義的對(duì)話,?！?/p>
推動(dòng)所有存儲(chǔ)的發(fā)展
Echols 表示，存儲(chǔ)研究能為醫(yī)學(xué)研究提供動(dòng)力,。隨著精簡(jiǎn),、快速且高效的存儲(chǔ)解決方案不斷在新應(yīng)用中實(shí)施，這一領(lǐng)域的方方面面均將受益,。
Echols 解釋說(shuō),，在研究人員和前沿思想家正大規(guī)模應(yīng)用內(nèi)存和存儲(chǔ)的多種方式中，其中有八種應(yīng)用正推動(dòng)著前沿科學(xué)和醫(yī)學(xué)的發(fā)展：
大數(shù)據(jù)與分析
物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設(shè)備
混合云
非易失性存儲(chǔ)主機(jī)控制器接口規(guī)范 (NVMe) 和單根輸入/輸出虛擬化 (SRIOV)
橫向擴(kuò)展架構(gòu)
人工智能 (AI) 和機(jī)器學(xué)習(xí)
安防
軟件定義的存儲(chǔ) (SDS)
Echols 說(shuō)：“僅看存儲(chǔ)方面的業(yè)務(wù),，這些是我們?cè)诤暧^趨勢(shì)層面真正能影響到的領(lǐng)域,。”
美光科技首席技術(shù)營(yíng)銷工程師 Tony Ansley 表示,，上述很多應(yīng)用均能從與精簡(jiǎn)存儲(chǔ)這一基本概念中獲益：更快速地存儲(chǔ)和計(jì)算數(shù)據(jù),。比如說(shuō)，如果研究人員可以判斷某個(gè)神經(jīng)元是處于活躍狀態(tài)還是不太活躍狀態(tài),，他們就能更快速地得出結(jié)論,。
Ansley 說(shuō)，“它不僅是存儲(chǔ)技術(shù)，也是整個(gè)計(jì)算機(jī)行業(yè)的架構(gòu)技術(shù),。如何針對(duì)新興的服務(wù)器平臺(tái),、服務(wù)器技術(shù)和處理器技術(shù)的需求優(yōu)化存儲(chǔ)，使我們能夠在更小的整體空間內(nèi)確保更多的存儲(chǔ)容量和更快的存儲(chǔ)速度,，從而提高分析速度呢,？”
Crucial DDR4 DRAM 等美光內(nèi)存產(chǎn)品能幫助醫(yī)學(xué)研究技術(shù)縮短處理時(shí)間。 圖片來(lái)自 Dsimic,。
在計(jì)算架構(gòu)上直接分析數(shù)據(jù)大約需要 5 納秒來(lái)完成處理,。就處理時(shí)間而言，DRAM 與計(jì)算架構(gòu)極其接近,，需要約 30 納秒,。但隨著內(nèi)存解決方案越來(lái)越遠(yuǎn)離計(jì)算架構(gòu)，處理時(shí)間也隨之增加,。SATA 固態(tài)硬盤處理同樣的數(shù)據(jù)需要 300 微秒,，而 SAS 普通硬盤需要 6 毫秒。在遙遠(yuǎn)的另一端,，混合 SAN 需要整整 30 毫秒,。
這看起來(lái)可能差別并不大，尤其是當(dāng)這些數(shù)字僅是一秒的極小一部分時(shí),，但 Echols 建議用簡(jiǎn)單易懂的說(shuō)法來(lái)解釋它,。如果在計(jì)算架構(gòu)中直接處理數(shù)據(jù)需要 1 秒，那么 DRAM 處理同樣的數(shù)據(jù)需要 6 秒,。SATA 固態(tài)硬盤需要 16 個(gè)小時(shí),，SAS 普通硬盤需要 2 周，而混合 SAN 需要 2-3 個(gè)月,。在這個(gè)層面,，Echols 說(shuō)：“這些速度極快的計(jì)算架構(gòu)等不了那么久?！?/p>
Echols 說(shuō)：“美光科技的創(chuàng)新之處也正在于此,。從 DRAM 到固態(tài)硬盤領(lǐng)域，我們?cè)诓粩鄤?chuàng)新,。這是我們推動(dòng)行業(yè)發(fā)展的貢獻(xiàn)所在,。”
醫(yī)學(xué)的未來(lái)
Ansley 表示,，美光科技助力精簡(jiǎn)醫(yī)學(xué)研究技術(shù)的一個(gè)主要方式是：在更小的外形規(guī)格內(nèi)實(shí)施存儲(chǔ)解決方案,，方便研究人員隨身攜帶。
Ansley 說(shuō),，“尤其是在可能爆發(fā)特定類型病原體的第三世界國(guó)家/地區(qū),，研究人員可能需要收集實(shí)時(shí)視頻掃描或超聲波掃描,，即大量數(shù)據(jù)需要處理，所以他們更希望能夠把存儲(chǔ)數(shù)據(jù)握在手里而不是推在車?yán)??！?/p>
Tony Ansley 認(rèn)為，美光科技的內(nèi)存產(chǎn)品非常適合用來(lái)為移動(dòng)醫(yī)療設(shè)備提供支持,。圖片來(lái)自哥倫布空軍基地,。
就像 MultiMAP 收集來(lái)自每個(gè)大腦神經(jīng)元的數(shù)據(jù)一樣，其他醫(yī)學(xué)技術(shù)也會(huì)收集海量數(shù)據(jù),，從高分辨率的X射線圖到超聲波掃描圖文件中的數(shù)千兆字節(jié)的數(shù)據(jù),，均是如此。研究人員需要能在現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)輕松獲取更多的數(shù)據(jù),，避免不斷上傳和下載,。因此，Ansley 說(shuō)：“如果能將所有技術(shù)更高效地集成到越來(lái)越小的封裝中,，我就能夠用手拿著而不用背在背上,。”
他接著說(shuō)道：“舉例來(lái)說(shuō),，作為行業(yè)的一份子,，美光科技始終在考慮如何將更多存儲(chǔ)集成到單個(gè) NAND 芯片中。我們將 2.5 英寸硬盤或固態(tài)硬盤的存儲(chǔ)從過(guò)去的 100GB 擴(kuò)展到了 10 到 20TB,，而這僅用了短短幾年的時(shí)間,，我們還將繼續(xù)努力?！?/p>