医疗行业壮举 三维探索病毒结构应用案例

2014-08-26 15:08 来源:pconline 原创 作者:佚名 责任编辑:zhangxiaomeng

  【PConline 应用案例】谈到ET,很多人会第一时间想起那部由史蒂文·斯皮尔伯格所执导的科幻电影。然而在中国科学院生物物理研究所的众多研究员眼中,ET并不是神秘的外星人,而是电子断层三维重构技术(Electron Tomography,简称ET)。这是一项在蛋白质三维结构研究中应用的重要科学手段,在病毒研究时被广泛使用。

  人类的历史上不乏病毒肆虐的案例,如差点毁掉欧洲的黑死病、恐怖的非洲埃博拉病毒、中国的H7N9禽流感等等。可以说,病毒不仅严重威胁人类健康和生命,还引起农作物及禽、畜和经济动物的流行性病害,造成严重的经济损失。因此,病毒研究一直是结构生物学和病理学研究的重要课题,而将传统电子显微学技术和现代结构生物学技术予以结合,研究病毒蛋白聚合物的三维结构,对于了解蛋白聚合物如何发挥生物学功能、病毒如何完成生命周期具有重要意义。

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  中国科学院生物物理研究所蛋白质科学研究平台生物成像中心的重要研究方向之一,就是利用先进的低温电子三维重构技术,研究生物超分子复合体的高分辨率三维结构。随着自动化数据收集系统的成功应用,电镜三维重构的数据规模急剧增大,但要获得较高分辨率的电镜结构,除了样品质量和仪器性能的提高,大规模的数据量是一个至关重要必不可少的因素。在这种情况下,该中心之前进行的传统串行程序的效率已经无法满足日常科研需求,使用异构架构成为必行之道。

  一般来说,从CPU串行程序移植到异构架构上的并行程序并且进行优化需要面对很多挑战,需要分析考虑很多问题才能制定出合适的移植优化策略,这其中要包括对并行线程和进程数目、并行层级、并行粒度的设计,同时还要兼顾系统级和内核级之间的优化,才能发挥异构系统的高并发特性,否则一个小小的设计失误则可能导致性能上的差之千里。

  为此,中科院生物物理所与浪潮-Intel中国并行计算联合实验室成立了基于MIC异构架构的ET应用研究联合项目组,分析多组数据后共同开发了ET的MIC单机单卡和单机多卡异构高性能集群解决方案,大幅降低了计算时间,提升了科研效率。实际测试数据显示,单机单卡与串行程序相比性能提升25倍,单机多卡版本与串行程序相比性能提升74倍。

  中国科学院生物物理研究所蛋白质科学研究平台生物成像中心相关负责人表示:“ET的 MIC版本程序大大降低了实验时间,为我们的科研带来很大的助力,而这个结果得益于浪潮和英特尔对MIC众核技术在生物科学领域应用的深入理解和技术实现能力。”

  作为重要的合作方之一,浪潮是国内最早开展CPU、GPU、MIC等高性能计算业务的企业,在MIC众核技术应用领域一直走在前列并致力于推进MIC技术的应用落地,使得更多的行业用户体验到MIC技术的高效价值。目前,在生命科学、石油勘探、工业制作、互联网等行业领域中,浪潮对MIC技术应用的理解已经发挥出巨大的价值。[返回频道首页]

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