アルゴンヌの科学者、新しいX線データ再構成法を開発(Argonne scientist develops new X-ray data reconstruction method)

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新しいソフトウェアが、アドバンスト・フォトン・ソースでのデータ収集のペースアップに貢献します。 New software will help keep pace with data collection at the Advanced Photon Source

2023-03-02 アルゴンヌ国立研究所(ANL)


TomocuPy allows for processing chunks of data concurrently in real time, making the entire reconstruction process faster. It moves chunks of data between processing units and returns the analyzed data to the storage drive much more quickly than current methods. (Image by Viktor Nikitin/Argonne National Laboratory.)

アルゴンヌ国立研究所の科学者が、新しいX線データ再構築方法を開発しました。
TomocuPyと呼ばれる新しいソフトウェアパッケージは、現在の方法よりも最大30倍速く、リアルタイムでデータを同時に処理することができます。
これにより、データ収集速度が大幅に向上するAPSのアップグレードに対応できるようになると期待されています。
TomocuPyは、グラフィックス処理ユニット(GPU)を搭載したコンピュータを活用し、同時に複数のデータの断片を再構築することで処理速度を改善しています。将来的には、再構築されたデータにリアルタイムで対応する実験も可能になるとのことです。

<関連情報>

TomocuPy – 非同期データ処理によるGPUベースの効率的なトモグラフィ再構成法 TomocuPy – efficient GPU-based tomographic reconstruction with asynchronous data processing

Viktor Nikitin
Journal of Synchrotron Radiation  Accepted :25 October 2022
DOI:https://doi.org/10.1107/S1600577522010311

Fast 3D data analysis and steering of a tomographic experiment by changing environmental conditions or acquisition parameters require fast, close to real-time, 3D reconstruction of large data volumes. Here a performance-optimized TomocuPy package is presented as a GPU alternative to the commonly used central processing unit (CPU) based TomoPy package for tomographic reconstruction. TomocuPy utilizes modern hardware capabilities to organize a 3D asynchronous reconstruction involving parallel read/write operations with storage drives, CPU–GPU data transfers, and GPU computations. In the asynchronous reconstruction, all the operations are timely overlapped to almost fully hide all data management time. Since most cameras work with less than 16-bit digital output, the memory usage and processing speed are furthermore optimized by using 16-bit floating-point arithmetic. As a result, 3D reconstruction with TomocuPy became 20–30 times faster than its multi-threaded CPU equivalent. Full reconstruction (including read/write operations and methods initialization) of a 20483 tomographic volume takes less than 7 s on a single Nvidia Tesla A100 and PCIe 4.0 NVMe SSD, and scales almost linearly increasing the data size. To simplify operation at synchrotron beamlines, TomocuPy provides an easy-to-use command-line interface. Efficacy of the package was demonstrated during a tomographic experiment on gas-hydrate formation in porous samples, where a steering option was implemented as a lens-changing mechanism for zooming to regions of interest.

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