Strojni pospeševalnik za analizo booleovih modelov gensko regulatornih omrežijAhačič, Matej (Avtor) Moškon, Miha (Mentor) Booleovi modeligensko regulatorna omrežjaFPGAstrojni pospeševalnikatraktorjiVerilogDiplomsko delo obravnava razvoj strojnega pospeševalnika za analizo booleovih modelov, ki se uporabljajo pri modeliranju gensko regulatornih omrežij. Analiza takšnih modelov je zaradi eksponentne rasti prostora možnih stanj pri večjih omrežjih računsko zahtevna, zato smo raziskali možnost uporabe programirljivega vezja FPGA za pospešitev iskanja atraktorjev. Razvili smo avtomatiziran sistem, ki sprejme model v formatu .bnet, iz njega generira specializirano kodo strojnega opisa v jeziku Verilog ter jo s pomočjo orodja Vivado sintetizira in implementira na razvojni plošči Nexys A7-100T. Za zaznavanje cikličnih in fiksnih atraktorjev smo v strojni opremi uporabili Floydov algoritem tortoise and hare, najdene atraktorje pa kanonizirali in agregirali glede na njihove bazene. Rezultati analize se prek serijskega vmesnika UART prenesejo na gostiteljski računalnik. Pravilnost strojne izvedbe smo preverili z lastno referenčno implementacijo v jeziku Python ter neodvisno z orodjem BoolNet. Sistem smo ovrednotili na dveh bioloških modelih različnih velikosti. Pri modelu ErbB je bila FPGA izvedba približno 100-krat hitrejša od lastne programske implementacije, pri zahtevnejšem modelu apoptoze pa približno 133-krat hitrejša. Pri slednjem je bila FPGA izvedba tudi približno 3,2-krat hitrejša od orodja BoolNet ter je uspešno identificirala vseh 97 atraktorjev. Rezultati kažejo, da je uporaba FPGA učinkovita za pospeševanje analize sinhronih Booleovih omrežij srednje velikosti. Razvita rešitev hkrati predstavlja osnovo za nadaljnje izboljšave, kot so paralelizacija več analizatorjev, optimizacija pomnilniške organizacije in podpora večjim modelom.20262026-08-31 11:20:55Diplomsko delo/naloga186337sl