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生活|向超算问药，如何用15小时计算10亿分子？( 三 )


实际上 ， 一个分子就是一个文件 ， 我们这里面有十亿分子 ， 意味着有十亿个文件 。
大家可能都有过在笔记本上拷贝照片的经历 ， 在我们拷贝很多很多小照片的时候速度非常慢 ， 看到照片目录刷刷在跑 ， 但是进度条却不往前走 ， 怎么办？打包 。
超级计算机运算过程中不光打一个包 ， 可能要打上百上千的包 ， 形成不同的分割 ， 这样才能保证高效率 。
现代超级计算机里面有两种处理器 ， 一种就是常说的CPU ， 还有一种是加速器 ， 最典型的是笔记本的显卡 ， 也可以做计算 。
加速器的计算能力超强 ， 但是只能做一些简单的计算 ， 这时候涉及到的还是协同工作问题 。
这两种不同的处理器 ， 在工作的时候怎么办？
两个人要交流 ， 两种处理器要交流 ， 当有成千上万个处理器的时候 ， 交流沟通的网络就非常复杂 ， 这种情况下怎么办？
我们只能用一些特殊的硬件通道 。 就像把公路修得笔直 ， 修的路面更平整一些 ， 让车的速度更高；把路面修宽 ， 就像网络的带宽更宽 ， 这样可以更好的通讯 。
我们正是采用这些手段应对高性能计算在生物医药研究中面临的计算挑战 。
经过科学家这么多年的努力 ， 我们在高性能计算技术应用于新药研发攻关方面取得了一些进步 。
最初的时候我们估算 ， 如果用一个CPU来算十亿分子 ， 需要475年 ， 这需要的时间非常长 。
在2015年的时候 ， 在“天河2”上采用CPU和加速器协同的工作方式后 ， 可以把这个计算缩短到23天 。
今年哈佛大学用云计算技术 ， 用了16万台CPU计算 ， 可以缩短到15小时 ， 但是他们做的是刚性对接的 ， 这是什么意思？
刚性对接就是对接时保持小分子和蛋白质两个分子的形状不变 。
实际上 ， 在对接的过程中 ， 两者的形状是有变化的 。
而我们在这种有限制的条件下计算 ， 更符合实际条件 ， 使得分子形状有轻微的变化 ， 我们称之为半柔性对接 。
还有让蛋白质自由变化的柔性对接 。 在现在的计算能力下 ， 要做到柔性对接计算还是非常困难的 。
现在用半柔性对接方法 ， 通过GPU图形加速卡加速 ， 可以缩短到比15小时再短 ， 这样大大节省了计算资源 ， 也对高速高通量新药研发攻关起到非常好的效果 。
生活|向超算问药，如何用15小时计算10亿分子？
在抗疫情和时间的赛跑中 ， 新药研发和高性能计算发挥了很重要的作用 。
对于未来的新药研发 ， 我们现在已经看到了一些苗头 。 可是 ， 仅仅拼速度可能是不够的 。
可能每个人都有这种体会：同样的药治疗看起来一样的病症 ， 两个人同时吃了 ， 可能治疗效果不一样 。
现代医学和现代生物学也找到了一些原因 ， 因为我们每个人的基因不一样 。
一些研究发现每个人的药物作用位点、作用基因是不太一样的 。
因此 ， 过去我们用一种药打遍天下 ， 对付一种病症 。 而如果面向所有人 ， 这种方式现在来看是非常不经济的 。
有统计表明 ， 过去或者现在也好 ， 药物治疗中真正有效的部分可能也就是1/3 。
我们说“是药三分毒” ， 药吃进去不是开玩笑的事情 。
为了使药物更有效 ， 也更节省资源 ， 并且减少毒副作用 ， 我们必须采用个体化用药 ， 为每一个人量体裁衣 ， 制定个体化的用药方案 。
这种个体化的用药方案必然带来个性化药物研究 ， 我们要针对各种复杂的情况做药物研究新的模式 。
生活|向超算问药，如何用15小时计算10亿分子？
因此 ， 我们要更深入地在分子层面做相关工作 。
虽然已经提到了很多高性能计算在生物医药计算方面研究的内容 ， 但是我介绍的东西还只是冰山的一角 ， 这个领域是博大精深的 ， 有很多很多深奥和有意思的科学问题以及有趣的现象 ， 有待于我们今后进一步去研究 。
生活|向超算问药，如何用15小时计算10亿分子？
我也希望各位如果有兴趣 ， 可以深入地了解一下生物医药的高性能计算领域 。 如果有愿意加入这个行业的人 ， 也希望大家能够加入 。
有了创新药物的研究、有了高性能计算机的帮助 ， 可以通过药物研究为我们今后的健康发展做出更大的贡献 ， 为我们的健康和生活创造绚丽灿烂的明天 。
【生活|向超算问药，如何用15小时计算10亿分子？】“格致论道” ， 原称“SELF格致论道” ， 是中国科学院全力推出的科学文化讲坛 ， 由中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院科学传播局联合主办 ， 中国科普博览承办 。 致力于非凡思想的跨界传播 ， 旨在以“格物致知”的精神探讨科技、教育、生活、未来的发展 。 获取更多信息 。 本文出品自“格致论道讲坛”公众号（SELFtalks） ， 转载请注明公众号出处 ， 未经授权不得转载 。


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