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真实版“最强大脑”研究,浪潮存储承载起脑科研PB级新数据

大脑的魅力吸引着全球科学家向这块人类最后的未知领域发起冲锋。作为新数据时代新存储变革者的浪潮,浪潮存储助阵中国脑科学研究,服务清华大学、华中科技大学苏州脑空间信息研究院等科研机构,在脑科学研究领域积累了PB级大工程实践经验。

江苏卫视王牌节目《最强大脑》红遍了大江南北。站上《最强大脑》舞台的中国选手们,向全世界展现了中国年轻人的精神与智力风貌,成为人们惊叹和仰慕的对象。选手们聪明、健康、有梦想、有激情的形象为家庭和社会教育做出了积极榜样,持续向人们传达着正能量。

大脑的魅力不仅吸引着千家万户的普通人,更吸引着全球科学家,向这块人类最后的未知领域发起冲锋。大脑认知已成为全世界公认的最尖端研究领域。而脑科学研究更有着无可限量的应用天地,与人类健康密切相关。

脑科学成为全世界公认的最尖端研究领域

脑科学成全球科研必争之地应用前景无可限量

正是由于影响重大、应用广泛,大脑已成为全球科研界的必争之地,美国、欧盟均先后开启庞大的科研计划。中国脑计划也在2016年启动,是中国顶级的科研计划之一。

大脑研究的关键技术手段之一是脑成像技术。脑成像技术的快速发展,使脑科学研究,尤其是神经网络水平的解析面临着重大突破机遇。目前,这一领域的研究日新月异,新成果不断涌现。

来自伦敦大学学院的认知神经系科学家,利用静息态fMRI(功能性磁共振成像)数据探析了自闭症的大脑动力学特征。该研究发现与正常人相比,自闭症患者大脑中的功能协调,以及过于稳定的神经动力学系统,造成了自闭症患者的症状以及对其认知能力的影响。

美国麻省理工学院学生最近更是发表了一款名为AlterEgo的“读心机”,可透过捕捉大脑传来的神经信号分析解读出用户的“心思”,再转换成语音说话,平均辨识成功率达到 92%。未来,这项建立在脑科学技术上的成果或许能够让有需要的残障人士完全自如地同外界沟通。

目前,脑科学研究的一个中心目标是建立大脑神经元的动态连接图,揭示神经环路图谱。因此,高分辨率动态脑成像技术成为大脑研究的核心技术,在很大程度上决定着脑科学研究的进展。

助阵中国脑计划浪潮软件定义存储显身手

大脑皮层有数百亿个神经元,每个神经元又包含千余个信息收发分支,其数量之繁密胜过整个银河系的星辰。由于现有显微技术受数据通量制约,无法获得观测对象的活体全脑高分辨率动态成像数据,因此精确刻画神经环路图谱成为脑研究技术领域全球公认的难题。

浪潮存储服务清华大学脑成像研究

可喜的是,中国脑计划在这方面获得突破。2018年,由清华大学戴琼海院士领衔的科研团队研制出新型超宽视场高分辨率实时显微成像仪器(Real-time Ultra-large-Scale imaging at High-resolution,以下简称RUSH)实现了重大突破,该仪器可实现1厘米×1.2厘米宽视场、800纳米高分辨率、30帧/秒高帧率、1.69亿像素/帧的高时空分辨率多维连续成像能力,将活体动物脑神经观测数据通量由1000万像素/秒提升至50亿像素/秒,实现了兼顾“全局形态”和“细节特征”的多尺度观测。RUSH的视场是同等分辨率下商用显微镜视场的120倍、全球第二大宽视场显微镜头Mesolens的3.3倍,其数据通量是全球第二大高通量显微仪器2p-RAM显微镜的500多倍,对推进生命和医学科学发展,提升中国脑计划的研究和应用水平具有重大战略意义。

清华大学研制的超宽视场高分辨率实时显微成像仪器

存储系统的性能、容量与可靠性是类似RUSH这样的高分辨率实时显微成像仪器的关键能力之一。为RUSH提供存储服务的正是浪潮分布式存储AS13000。AS13000为该RUSH提供40个节点的存储系统,应用于控制28台高灵敏度相机进行高通量数据的并发采集和存储,满足了用户每台相机每秒30张,每张1200万像素、16bit的连续拍摄需求,存储稳定带宽高达20.16GB/s,最长拍摄时间48小时,存储空间约为5PB。

浪潮分布式存储AS13000

为苏州脑空间信息研究院提供25PB存储空间

其实,清华RUSH项目并不是浪潮存储第一次为脑科学研究提供支持。

由骆清铭教授领导的华中科技大学苏州脑空间信息研究院,在全球脑科学成像研究领域居于领先地位,其科研成果“鼠脑最精细脑图谱基础数据库”在2016年即被欧盟人脑计划正式采用。

浪潮存储为华中科技大学苏州脑空间信息研究院提供25PB存储空间

华中科技大学苏州脑空间信息研究院研究团队一直致力于开发各种高分辨、大探测范围和高通量的三维光学显微成像技术,实现在哺乳动物全脑范围、以真实尺度构建出包括神经元和血管等脑内的多种复杂结构的完整精细形态和连接关系。

苏州脑空间信息研究院在研究过程中会产生海量数据,一个小鼠脑的数据量已经达到了8TB,而人脑的体积大约是小鼠脑的1500倍,如果以研究院设备的之前速度,需要一台成像系统至少花费20年时间才能完成数据采集。因此,研究院为了提高速度,采用了多套成像系统并行工作,但由此产生的海量数据无疑对存储容量、带宽和速度都提出了新的要求。

浪潮针对全脑网络可视化研究场景,为华中科技大学苏州脑空间信息研究院的应用系统制定了专业化的存储解决方案。方案采用近20台浪潮智能存储AS5500G2,构建高效、安全的统一存储资源池,提供25PB裸容量,保证 6GB/s左右的 IO带宽,充分满足了研究院对脑空间信息大数据的应用需求。

满足脑科学研究的海量数据存储需求

服务顶级科研,运筹新数据

据闻,“中国脑计划”,主要有两个研究方向:以探索大脑秘密、攻克大脑疾病为导向的脑科学研究,以及以建立和发展人工智能技术为导向的类脑研究。无论是脑科学还是类脑研究,对提升未来中国科技整体“智慧水平”、提高经济发展质量、促进人类的生产生活方式的转变均意义重大。以“云存智用运筹新数据”为理念的浪潮存储能在其中贡献自己的力量,亦是使命使然。

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