11 倍
加速图像分割
90%
缩减成本
概述
Vertex Pharmaceuticals(Vertex)是一家全球生物技术公司,投资于科学创新,为患有严重疾病的人创造变革性药物。为了帮助科学研究,科学家使用图像分割技术,这种技术可将图片解析为离散的像素组,并使用机器学习(ML)来识别感兴趣的区域。一项实验会产生成千上万张图像,需要技术高超的科学家仔细检查这些图像以识别和测量结果。为了节省科学家的宝贵时间,Vertex 使用 Amazon Web Services(AWS)无服务器技术来自动化和加速图像分割。
Vertex 的无服务器架构可大规模分析图像,实施 AWS Step Functions,这是一项可视化工作流服务,可让开发人员使用 AWS 服务来构建分布式应用程序、自动化流程、编排微服务以及创建数据和 ML 管道。利用 AWS Step Functions 分布式地图进行大规模并行数据处理,Vertex 将实验图像分析速度提高了 11 倍,同时将成本降低了 90%,帮助科学家们在寻找变革性疗法的过程中更快地迭代研究成果。
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机会 | Vertex 使用 AWS Step Functions 实现图像分割的现代化
Vertex 科学家使用 ML 来加快分析实验生物样本显微镜图像所涉及的耗时、细致的过程。设计实验后,他们手动训练了基础 ML 模型,以便了解他们希望从图像中识别的内容,
并手动标记每个感兴趣的区域。在逐步微调了几张图像上的 ML 模型之后,科学家们在其余图像上批量运行了该模型。
在遗留系统架构中,所有科学家共享单一的计算资源池。他们有时需要等待长达 4 个小时才能获得结果,因为他们的图像需要排队处理。“图像分割的工作负载异常繁重,我们不得不不断扩大计算队伍,以满足各科学小组的峰值需求。”Vertex 软件工程高级总监 Roberto Iturralde 表示,“在重负载下,性能会降低;在低负载下,我们的配置过剩。” 为了适应不可预测的需求,Vertex 必须保持服务器全天候运行,从而增加了成本。
Vertex 与 AWS 合作,于 2023 年 4 月使用 AWS Step Functions 分布式地图和 AWS Lambda 重新设计了系统。AWS Lambda 是一项无服务器、事件驱动的计算服务,使工程师无需预置或管理服务器,即可为几乎任何类型的应用程序或后端服务运行代码。Vertex 使用基础设施即代码,通过其持续集成和部署管道对其系统进行建模和部署,这样 Vertex 工程师可以安全、快速地将更改部署到图像分割应用程序。
作为 AWS Step Functions 分布式地图的早期采用者,Vertex 可以运行多达 1 万个并行工作流程。它还可以对存储在 Amazon Simple Storage Service(Amazon S3)中的数百万个不同格式的项目进行迭代,该服务是一种提供可扩展性、数据可用性、安全性和性能的对象存储服务。“自从新系统投入生产以来,我们几乎不用考虑这个问题。”Iturralde 表示,“因为它是无服务器的,所以只需运行即可。”
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使用 AWS Step Functions,我们极大地提高了图像分段解决方案的稳健性和可靠性。”
Karthik Ghantasala
Vertex Pharmaceuticals 云架构和战略总监
解决方案 | 使用 AWS 无服务器技术将图像分割的处理速度提高 11 倍,将成本降低 90%
科学家与在 AWS Fargate 上运行的 Web 应用程序进行交互,AWS Fargate 是一种无服务器、按使用量付费的计算引擎,让工程师无需管理服务器即可专注于构建应用程序。科学家使用 Web 应用程序微调分割图像的 ML 模型的参数,并在单个图像上测试该模型。使用 AWS 无服务器技术,后续批次的图像现在会自动处理。自动化流程从调用 Amazon API Gateway 开始,这是一项完全托管式服务,可以帮助开发人员轻松创建、发布、维护、监控和保护几乎任何规模的 API。AWS Step Functions
工作流程使用来自 Amazon API Gateway 的输入来确定要处理哪些图像,以及将哪些参数传回 ML 模型。使用 AWS Step Functions 分布式地图,系统并行处理所有图像。最后,系统自动将输出写入 Amazon S3,将元数据记录在数据库中以供查看。
使用 AWS Step Functions,Vertex 将性能提高了 11 倍,因为现在的工作流程只需要几分钟而不是几小时。“最初,我们的一些科学家质疑该系统是否有效,因为与旧系统相比,它的运行速度太快了。”Iturralde 表示,
利用 AWS Step Functions 分布式地图和 AWS Lambda 的可扩展性,数十名科学家可以同时工作,而且系统可以在跨多个 AWS 可用区运行。“使用 AWS Step Functions,我们极大地提高了图像分割解决方案的稳健性和可靠性。”Vertex 公司云架构和战略总监 Karthik Ghantasala 表示,“我们的科学家可以快速且经济高效地分析他们的实验。” 这是因为
无服务器系统仅在使用时运行,Vertex 将计算成本降低了 90%。
由于在多个实验中处理了数千张图像,Vertex 工程师提高了可观测性。“使用 AWS Step Functions,我们可以精确定位导致工作流暂停的错误位置。”Ghantasala 表示,“我们还减少了运营开销。” AWS Step Functions 具有原生自动重试和错误处理功能,可以从失败的步骤而不是从头开始,从而节省了额外的时间和成本。为了处理可观测性,该团队采用了 Amazon CloudWatch 等 AWS 监控工具,该服务用于监控应用程序、响应性能变化、优化资源使用并提供对运营状况的洞察。
成果 | 将 AWS Step Functions 分布式地图用于其他工作负载
Vertex 已经确定了可以应用从 AWS Step Functions 分布式地图中吸取的经验教训的其他领域。例如,在分析大型科学化合物库时,一个工作单元会产生需要聚合的并行单元。
“使用 AWS Step Functions,我们可以解决科学家的问题。”Iturralde 表示,“我们在这里是为了加快研究,帮助患者快速获得安全、有效的药物。”
关于 Vertex Pharmaceuticals
Vertex 投资于科学创新,为患有严重疾病的人创造变革性药物。该公司已获批治疗囊性纤维化、镰状细胞病和输血依赖型 β 地中海贫血症,并拥有强大的研发渠道。
使用的 AWS 服务
AWS Step Functions
AWS Step Functions 是一项可视化的工作流服务,可帮助开发人员使用 AWS 服务来构建分布式应用程序、自动化流程、编排微服务以及创建数据和机器学习(ML)管道。
AWS Lambda
AWS Lambda 是一项计算服务,可以运行您的代码以响应事件并自动管理计算资源,这使其成为将想法转化为现代生产无服务器应用程序的最快方式。
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Amazon Simple Storage Service
Amazon Simple Storage Service(Amazon S3)是一项对象存储服务,在可扩展性、数据可用性、安全性和能效方面业界领先。
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Amazon API Gateway
Amazon API Gateway 是一项完全托管式服务,可以帮助开发人员轻松创建、发布、维护、监控和保护任意规模的 API。
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