元腦服務(wù)器，算力超給力：昆明植物所提速天然藥物研發(fā)

北京2025年1月8日 /美通社/ -- 云南，這片被大自然偏愛的神奇土地，坐擁"動(dòng)植物王國"的赫赫威名，其生物多樣性傲居全國之首。得天獨(dú)厚的自然條件，讓云南成為植物認(rèn)知、藥物研發(fā)和保護(hù)植物多樣性的前沿陣地。

植物天然產(chǎn)物研究和藥物研發(fā)需要生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)與藥學(xué)等多個(gè)學(xué)科交叉研究，充滿了未知與挑戰(zhàn)。隨著科研工作的不斷深入，傳統(tǒng)的研究手段逐漸變?yōu)橛蓴?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式，通過計(jì)算機(jī)模擬可以加速植物天然產(chǎn)物及其相關(guān)藥物的研發(fā)進(jìn)程，發(fā)掘更深層次的科學(xué)問題。

為此，浪潮信息為中國科學(xué)院昆明植物所構(gòu)建了一個(gè)集科學(xué)計(jì)算、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和智能化管理于一體的多學(xué)科計(jì)算服務(wù)平臺(tái)，為植物天然產(chǎn)物挖掘、藥物活性成分探尋、化合物分子精細(xì)建模與優(yōu)化，以及新藥創(chuàng)制等一系列復(fù)雜科研流程注入新的動(dòng)力。

從植物天然產(chǎn)物到藥物研發(fā)，多學(xué)科應(yīng)用融合的荊棘之路

構(gòu)建完善的研發(fā)體系需要海量科學(xué)大數(shù)據(jù)的積累，從而支撐植物學(xué)、植物天然產(chǎn)物化學(xué)、藥物學(xué)等科研領(lǐng)域的深入研究，這對于認(rèn)識(shí)、利用和保護(hù)植物多樣性以及發(fā)現(xiàn)植物天然產(chǎn)物藥物具有重要意義。然而，隨著新技術(shù)和新應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，科研數(shù)據(jù)量和計(jì)算量呈現(xiàn)指數(shù)級增長，這使得全新規(guī)劃的多學(xué)科計(jì)算服務(wù)平臺(tái)建設(shè)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。

如今，生物大分子模擬、核酸分析等計(jì)算密集型應(yīng)用在科研任務(wù)中廣泛使用，對于算力的需求也是水漲船高。以研究多糖類藥物合成過程為例，糖分子因其獨(dú)特、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)與功能，難以用常規(guī)遺傳密碼解讀，需要利用Amber等分子動(dòng)力學(xué)應(yīng)用開展生物大分子計(jì)算模擬，以直觀地展現(xiàn)糖分子在溶液環(huán)境中的構(gòu)象變化情況，預(yù)測不同合成策略下得到的糖分子結(jié)構(gòu)特征，對比分析哪種方案更有可能合成出具有理想活性的目標(biāo)糖分子。這個(gè)過程涉及到大量原子間相互作用，以及復(fù)雜的化學(xué)鍵變化等諸多精細(xì)且繁雜的計(jì)算，同時(shí)要保證模擬的準(zhǔn)確性和精度，哪怕僅運(yùn)行數(shù)微秒到數(shù)十微秒，對算力的需求也十分巨大。

此外，在植物研究過程中將產(chǎn)生大量的科研數(shù)據(jù)，需要采集處理高達(dá)數(shù)TB到數(shù)PB的數(shù)據(jù)，涵蓋了植物樣本采集階段的基礎(chǔ)信息記錄、實(shí)驗(yàn)處理環(huán)節(jié)的各類參數(shù)設(shè)定、分析過程中產(chǎn)生的各層級多組學(xué)數(shù)據(jù)。以藥用和瀕危物種研究為例，需要運(yùn)用高通量篩選（HTS）技術(shù)，對植物樣品材料深度剖析，以獲取相關(guān)基因組和nrDNA序列，構(gòu)建起精準(zhǔn)鑒定參考數(shù)據(jù)集。這要求存儲(chǔ)系統(tǒng)不僅具備高性能、高可靠性、高可擴(kuò)展性，還需要與原有云平臺(tái)無縫對接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自由流通與共享。

因此，多學(xué)科計(jì)算服務(wù)平臺(tái)作為各大項(xiàng)目組的統(tǒng)一算力和存儲(chǔ)支撐平臺(tái)，必須依據(jù)不同應(yīng)用的獨(dú)特需求，設(shè)計(jì)出清晰合理的數(shù)據(jù)流向，搭建統(tǒng)一、智能的計(jì)算資源管理體系，確保算力、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)資源的高效利用，避免資源閑置或沖突。

打造多學(xué)科計(jì)算服務(wù)平臺(tái)，元腦服務(wù)器加速天然藥物研發(fā)

綜合考慮科研對算力資源、高性能存儲(chǔ)、算網(wǎng)融合調(diào)度等需求，浪潮信息為昆明植物所量身定制了植物天然產(chǎn)物大數(shù)據(jù)中心多學(xué)科計(jì)算服務(wù)平臺(tái)。該平臺(tái)以元腦服務(wù)器NF5280G7和AS13000分布式存儲(chǔ)為核心支撐，同時(shí)部署Cluster Engine平臺(tái)優(yōu)化算力調(diào)度與管理。通過整合計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用資源，極大地推動(dòng)植物科學(xué)研究的進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)科研數(shù)據(jù)的高效管理和分析，加速科學(xué)發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新。

• 加速科學(xué)計(jì)算應(yīng)用運(yùn)行，提升藥物研發(fā)效率：分子動(dòng)力學(xué)應(yīng)用Amber專為生物分子系統(tǒng)模擬研發(fā)，是典型的算力"饕餮"，對浮點(diǎn)計(jì)算性能要求極高；而用于DNA-seq比對、RNA-seq比對的生物信息學(xué)應(yīng)用 BWA、STAR則需要單機(jī)多核大內(nèi)存計(jì)算。面對不同科研應(yīng)用的差異化算力需求，以元腦服務(wù)器NF5280G7為核心支撐，依托100Gb Infiniband計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的高速傳輸，提升了整體算力效率，讓植物天然產(chǎn)物特征分析、分子結(jié)構(gòu)模擬等藥物研發(fā)關(guān)鍵環(huán)節(jié)全面提速。
• 實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)讀寫，釋放多組學(xué)大數(shù)據(jù)的價(jià)值：為快速處理藥物研發(fā)中產(chǎn)生的高分辨率圖像、大規(guī)模的序列信息和復(fù)雜的生物網(wǎng)絡(luò)等數(shù)據(jù)信息，平臺(tái)存儲(chǔ)系統(tǒng)基于AS13000組成全對稱分布式架構(gòu)，提供2PB可用容量，采用HDR100 IB網(wǎng)卡對接高性能平臺(tái)，25G網(wǎng)卡對接私有云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)高達(dá)30萬IOPS效能，單節(jié)點(diǎn)帶寬大于1GB/S，數(shù)據(jù)讀寫效率大幅提升，并顯著降低了數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)，有效規(guī)避因數(shù)據(jù)差錯(cuò)導(dǎo)致的項(xiàng)目延誤或失敗。
• 動(dòng)態(tài)調(diào)整資源配置，讓算力資源物盡其用：為了有效支持各項(xiàng)目組的分子對接、藥物篩選和藥效預(yù)測等復(fù)雜計(jì)算任務(wù)，滿足Amber等計(jì)算密集型應(yīng)用和BWA、STAR等內(nèi)存計(jì)算應(yīng)用的差異化需求，算力平臺(tái)通過部署Cluster Engine實(shí)現(xiàn)資源的統(tǒng)一管理和資源調(diào)度，依據(jù)應(yīng)用特性優(yōu)化資源分配，確保性能發(fā)揮。如針對Amber應(yīng)用分配計(jì)算節(jié)點(diǎn)資源，針對生物信息學(xué)應(yīng)用分配胖節(jié)點(diǎn)資源，使計(jì)算中心資源利用率提高到90%以上，在大規(guī)模并行計(jì)算與數(shù)據(jù)分析時(shí)能夠快速響應(yīng)科研訴求，為藥物研發(fā)提供靈活、彈性的算力保障。

多學(xué)科計(jì)算服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)與應(yīng)用，能夠更好地分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，加快新植物天然產(chǎn)物的發(fā)現(xiàn)速度，幫助昆明植物所的科研人員更準(zhǔn)確地識(shí)別和篩選具有潛在藥用價(jià)值的植物天然產(chǎn)物，從而加速新藥的研發(fā)進(jìn)程。