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"動植物王國"的赫赫威名，其生物多樣性傲居全國之首。得天獨厚的自然條件，讓云南成為植物認知、藥物研發(fā)和保護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)動的方式，通過計算機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)建了一個集科學(xué)計算、大數(shù)據(jù)存儲和智能化管理于一體的多學(xué)科計算服務(wù)平臺，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，這對于認識、利用和保護植物多樣性以及發(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)科計算服務(wù)平臺建設(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等分子動力學(xué)應(yīng)用開展生物大分子計算模擬，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糖分子。這個過程涉及到大量原子間相互作用，以及復(fù)雜的化學(xué)鍵變化等諸多精細且繁雜的計算，同時要保證模擬的準確性和精度，哪怕僅運行數(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、實驗處理環(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)建起精準鑒定參考數(shù)據(jù)集。這要求存儲系統(tǒng)不僅具備高性能、高可靠性、高可擴展性，還需要與原有云平臺無縫對接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自由流通與共享。

因此，多學(xué)科計算服務(wù)平臺作為各大項目組的統(tǒng)一算力和存儲支撐平臺，必須依據(jù)不同應(yīng)用的獨特需求，設(shè)計出清晰合理的數(shù)據(jù)流向，搭建統(tǒng)一、智能的計算資源管理體系，確保算力、存儲、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)科計算服務(wù)平臺，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、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)科計算服務(wù)平臺。該平臺以元腦服務(wù)器NF5280G7和AS13000分布式存儲為核心支撐，同時部署Cluster Engine平臺優(yōu)化算力調(diào)度與管理。通過整合計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用資源，極大地推動植物科學(xué)研究的進展，實現(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)計算應(yīng)用運行，提升藥物研發(fā)效率：分子動力學(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"，對浮點計算性能要求極高；而用于DNA-seq比對、RNA-seq比對的生物信息學(xué)應(yīng)用 BWA、STAR則需要單機多核大內(nèi)存計算。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計算網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)各節(jié)點數(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。
• 實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)讀寫，釋放多組學(xué)大數(shù)據(jù)的價值：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，平臺存儲系統(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，25G網(wǎng)卡對接私有云平臺，實現(xiàn)高達30萬IOPS效能，單節(jié)點帶寬大于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，有效規(guī)避因數(shù)據(jù)差錯導(dǎo)致的項目延誤或失敗。
• 動態(tài)調(diào)整資源配置，讓算力資源物盡其用：為了有效支持各項目組的分子對接、藥物篩選和藥效預(yù)測等復(fù)雜計算任務(wù)，滿足Amber等計算密集型應(yīng)用和BWA、STAR等內(nèi)存計算應(yīng)用的差異化需求，算力平臺通過部署Cluster Engine實現(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)用分配計算節(jié)點資源，針對生物信息學(xué)應(yīng)用分配胖節(jié)點資源，使計算中心資源利用率提高到90%以上，在大規(guī)模并行計算與數(shù)據(jù)分析時能夠快速響應(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)科計算服務(wù)平臺的建設(shè)與應(yīng)用，能夠更好地分析和處理實驗數(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確地識別和篩選具有潛在藥用價值的植物天然產(chǎn)物，從而加速新藥的研發(fā)進程。

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