日本的半导体初创企业Mitate Zepto Technica(MZT)设计出了用于解析基因组的半导体芯片。采用了比传统器件快10倍的数据处理专用半导体设计,计划2021年秋季开始试制芯片,2022年开始量产。该公司希望通过缩短解析时间加速基因诊断等的普及。
基因组解析大致可以分为三步。分别为用“测序仪”(基因解析装置)读取DNA、处理读取的片段数据,以及将处理的数据用于基因检测等。MZT设计的是在中间的数据处理流程中负责进行特殊计算的高性能服务器用半导体。
美国Illumina公司和中国华大基因公司(BGI)争相提高了测序仪的性能,据说最新产品只需约5分钟就能完成读取。而数据处理“利用现有方法则需要约50分钟”(MZT的原岛圭介社长)。这成为了整个解析工作的瓶颈。
用于数据处理的半导体以前主要使用可以自由改写电路的“FPGA”。FPGA是2018年被Illumina收购的美国Edico Genome公司等开发的。据介绍,MZT的专用半导体可以在5分钟内完成相同的计算处理,与测序仪的处理时间基本相同。
MZT开发的配备基因组解析用半导体的运算板卡
与通用半导体相比,FPGA是一种方便使用专门用于特定用途的技术,而MZT通过设计可以进一步优化性能的专用半导体,加快了计算速度。专用半导体的课题在于初始开发成本容易升高,但“此次通过导入独特的算法(计算方法)进行设计,大幅降低了成本”(原岛社长)。
专用半导体采用的电路线宽为28纳米(纳米为十亿分之一米)。用于服务器的半导体还有采用电路线宽降至10纳米以下的更先进技术的例子,但考虑到成本,此次特意采用了常规技术。预计这样可以将系统整体的价格降至目前的十分之一左右。
MZT预定以安装80个专用半导体的服务器板卡的形式销售。预期的客户为Illumina和打算自主开发数据处理系统的初创企业等。该公司的目标是上市第一年度销售1,460套。其半导体的量产将委托给外部的生产公司。
除了医疗领域,如基因诊断和新冠病毒的基因解析等,基因组解析还有望应用于利用基因组编辑技术的农作物改良和生物燃料的性能提高等。原岛社长干劲十足地表示,希望能通过普及高速处理技术“推进基因组解析的普及”。
日文:龙元秀明、《日经产业新闻》,2021/05/10
中文:JST客观日本编辑部