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Oct 11, 2023

Quobyte ist cool

Fallstudie . Forscher der Oregon Health and Science University (OHSU) in Portland verwenden kryogen gekühlte Elektronenmikroskope, um 3D-Bilder biologischer Moleküle zu erstellen, während sie untersuchen, wie das geht

Fallstudie . Forscher der Oregon Health and Science University (OHSU) in Portland verwenden kryogen gekühlte Elektronenmikroskope, um 3D-Bilder von biologischen Molekülen zu erstellen, während sie untersuchen, wie Proteine ​​das Gehirn, das COVID-Virus, neurale Serotoninprozesse, das Altern und die unzähligen anderen Aspekte des Menschen beeinflussen Biologie anderer Organismen.

Die Daten der Instrumente werden in einem Quobyte-Dateisystem gespeichert – dieses wurde gewählt, als OHSU entschied, dass es einen eigenen lokalen Speicher benötigte, anstatt sich auf ein externes System des Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) zu verlassen. Das Speichersystem muss Hochleistungsrechneranwendungen unterstützen, die von Forschern verwendet werden, und gleichzeitig als Tresor für die instrumentengenerierten Daten dienen.

Das OHSU Cryo-EM-Zentrum verfügt über vier Titan Krios 300-Kiloelektronenvolt-Transmissionselektronenmikroskope (TEM) in Telefonzellengröße, um Proteine ​​und andere biologische Moleküle in 3D und auf nahezu atomarer Ebene zu visualisieren. Sie untersuchen auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff abgekühlte Proben und betrachten deren Strukturen mit hochenergetischen Elektronen bis zu einer Auflösung von 2,8 Å.

Jeder Krios verfügt über eine Kamera zur direkten Elektronendetektion und ist auf einer vibrationsabsorbierenden Unterlage in der Kabine montiert, um die Detektoren so ruhig wie möglich zu halten. Ohne dies würden sie durch Vibrationen beeinträchtigt, die so gering sind wie die, die durch die Stimme einer Person, eine Brise oder Strömungen im angrenzenden Willamette River verursacht werden.

OHSU verfügt auch über andere Mikroskope, wie zum Beispiel ein Glacios Cryo-TEM, um Proben vor dem Einsatz eines Krios vorzuscreenen, um eine nahezu atomare Auflösung ausgewählter Bilder zu erhalten. Die Verwendung eines Multi-Millionen-Dollar-Krios für die Voruntersuchung ist übertrieben.

Jeder Krios generiert durchschnittlich 3 TB Daten pro Tag, was 8 bis 16 TB/Tag für die Kryo-EM-Einrichtung der OHSU bedeutet. Wir rechnen mit etwa 120 TB/Woche, bis zu 6,2 PB/Jahr, und diese Daten müssen für die Nutzung in den folgenden 12 Monaten oder so aufbewahrt werden. Ein Teil davon könnte eher Rauschen als Signal sein, aber die Forscher könnten in Zukunft mit besseren Algorithmen in der Lage sein, mehr Signale aus dem Rauschen herauszufiltern. Die Daten bleiben also erhalten.

900 Forscher nutzen die Kryo-EMs und greifen jederzeit auf die Daten von bis zu 200 aktiven Projekten zu.

Craig Yoshioka, Doktorand und wissenschaftlicher Mitarbeiter an der OHSU, leitet das Kryo-EM-Zentrum. Er sagte, das ursprüngliche Speichersystem basierte auf ZFS, das auf Linux-Servern lief. Dies könnte die Daten von den Instrumenten gut akzeptieren, könnte aber langsam bei der Übermittlung an die HPC-Apps sein.

Zu den möglichen Optionen, die er zur Behebung der Langsamkeit in Betracht zog, gehörte eine einfache Skalierung oder der Wechsel zu einer BeeGFS-Alternative, einem Panasas-System, einem Quobyte-Cluster-Setup, einem VAST Data-Array oder einem WekaIO-Dateisystem. Er wünschte sich insbesondere ein verteiltes Dateisystem, auf das über eine zentrale Webschnittstelle mit einem einzigen Namensraum und intuitiven Verwaltungsdienstprogrammen zugegriffen werden kann.

Er besichtigte Quobyte im November letzten Jahres, was er sah, gefiel ihm und er beschloss, die Software des Unternehmens zu verwenden, die auf einer Mischung aus Festplatten und Solid-State-Laufwerken läuft. Sein Team hatte bis Januar dieses Jahres 1,5 PB Daten auf das Quobyte-System migriert und geladen, und das System funktioniert einwandfrei.

Bootnote

Quobyte geht es in Oregon gut. Ein weiterer Kunde dort ist das Center for Quantitative Life Sciences (CQLS) der Oregon State University.