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生活|向超算问药，如何用15小时计算10亿分子？

神农尝百草 ， 是一个好办法吗？超级计算机在帮助筛选药物这件事上 ， 显然更在行 ， 也更为安全 。 要找到使病毒失效的分子 ， 至少需要几百万次的尝试 ， 耗费长达数月的时间 。 而超级计算机可以让药物筛选的时间大大缩短……
出品："格致论道讲坛"公众号（ID：SELFtalks）
以下内容为中国科学院计算机网络信息中心研究员金钟的演讲实录：
大家好 ， 非常高兴来到“格致论道讲坛” 。 我是来自中国科学院信息网络中心的金钟 ， 主要是做高性能计算方面的研究 ， 专业是高性能生物医药计算 。
今天主要是想和大家谈一谈高性能计算和生物医药计算 。
今年是非常特殊的一年 ， 大家也都处于新冠疫情中 。
疫情来得非常之快 ， 我们和疫情、病毒在赛跑 ， 这也是科研和病毒的竞赛 。
生活|向超算问药，如何用15小时计算10亿分子？
当疫情来的时候 ， 我们怎么办？
首先 ， 我们可能要想办法去治疗 ， 治疗的时候需要有药物 。
在突然疫情来临的时候 ， 找药物最重要的是什么？速度 。
速度是现在找药的关键 ， 有了超级计算机的帮助 ， 可以使发现药物的速度比原来快很多 。
我们一定听说神农尝百草的故事 。
古人得病的时候没有药怎么办？只能硬抗 。
神农看到大家非常痛苦 ， 于是他去深山里面尝遍了百草 ， 最后得到了365种草药 ， 写成了非常重要的药典 。
生活|向超算问药，如何用15小时计算10亿分子？
但后来神农非常不幸地在尝药过程中 ， 因中毒去世了 。
用人尝药是非常危险的 ， 而且它的效率非常低 。
现代怎么办？
我们现在有了超级计算机的帮助 ， 有了对药物分子和药物机理的研究 。
研究清楚以后 ， 我们就幸运了 ， 不需要我们亲身去试验 ， 先用计算机帮忙 。
思想早餐
已完成；10% //////////
超级计算机
超级计算机是一个庞然大物 ， 非常非常大 。
我们现在用的超级计算机可以占满一间屋子 。 超级计算机占地面积几百平米 ， 甚至比这更大 。
紫杉醇是一种抗肿瘤药物 ， 下图右侧是我们计算和实验的对比 ， 做的是紫杉醇搭载在药物载体上 ， 进入体内不断缓释发挥作用的过程 。
当它注入到人体后 ， 66分钟起开始释放 ， 一直到二三十分钟后 ， 这个药才能真正的在体内发挥作用 。
超级计算机长什么样子？
上图是中科院超算中心的“元”超级计算机 。 这台超级计算机由多个大机柜组成 ， 非常大 ， 每一个机柜是一排排称为计算节点的东西 。
一个计算节点跟我们现在用的台式机、笔记本类似 ， 但是它的计算能力、存储容量、内存比我们的PC大很多 。
专业的超级计算机的节点不像台式机做得这么大 ， 它是非常薄的 ， 就是一个个刀片节点 ， 最终又用高速网络连接起来 。
机柜的背面就是高速网络 ， 用网线连接起来 ， 这样可以使超级计算机的每个计算节点协同工作 。
而且 ， 超级计算机的处理器也比一般家用PC的四核、六核以至于八核的处理器更强大 ， 超级计算机用的CPU可能是十几核、二十多核的超强CPU 。
生活|向超算问药，如何用15小时计算10亿分子？
问题来了 ， 既然有这么大的超级计算机 ， 那什么样的问题需要用高性能计算呢？
首先就是大 。 既然超级计算机这么大 ， 解决的问题也是大的 。
如果把普通PC比喻成一个普通家养的小宠物 ， 超级计算机真的就是一个庞然大物 ， 可能比大象还要大很多 。
另外 ， 它计算的时候也要去算一些需要算得非常快的问题 。
生活|向超算问药，如何用15小时计算10亿分子？
其实 ， 我们用的手机也是一台小型PC 。
用手机的时候 ， 很多人都玩过《王者荣耀》 。 开始玩的时候还好 ， 玩了一段时间后觉得非常卡 ， 那怎么办？除了升级硬件可能也没有太好的办法 。
超级计算机本身的配置和硬件肯定比手机强多了 ， 因此它的计算节点比一般的单台PC运算的快很多 。
超级计算机有什么样的用处呢？天气预报 。
天气预报和超级计算机有什么关系？
天气预报在资料获取和数值天气预报模拟这两方面都少不了超级计算机的支持 。
以台风为例 。 台风有生成和运动的轨迹 ， 怎么把运动的轨迹、运动的速度计算出来？这就需要在计算机里解方程 。
像中国这么大的面积 ， 在预报天气的时候 ， 我们不仅仅是求解一个平面 ， 而是需要计算立体的网格 ， 因为大气层是有厚度的 。
在最新的天气模式里面 ， 全中国大概有400万个网格 ， 这个计算量就非常大了 。
如果没有超级计算机 ， 我们用手工算要算到猴年马月也没办法解决 。
随着超级计算机的发展 ， 可以做到高精度的天气预报了 。


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