北京2025年1月8日 /美通社/ -- 云南，这片被大自然偏爱的神奇土地，坐拥"动植物王国"的赫赫威名，其生物多样性傲居全国之首。得天独厚的自然条件，让云南成为植物认知、药物研发和保护植物多样性的前沿阵地。
植物天然产物研究和药物研发需要生物学、化学、物理学与药学等多个学科交叉研究，充满了未知与挑战。随着科研工作的不断深入，传统的研究手段逐渐变为由数据驱动的方式，通过计算机模拟可以加速植物天然产物及其相关药物的研发进程，发掘更深层次的科学问题。
为此，浪潮信息为中国科学院昆明植物所构建了一个集科学计算、大数据存储和智能化管理于一体的多学科计算服务平台，为植物天然产物挖掘、药物活性成分探寻、化合物分子精细建模与优化，以及新药创制等一系列复杂科研流程注入新的动力。
从植物天然产物到药物研发，多学科应用融合的荆棘之路
构建完善的研发体系需要海量科学大数据的积累，从而支撑植物学、植物天然产物化学、药物学等科研领域的深入研究，这对于认识、利用和保护植物多样性以及发现植物天然产物药物具有重要意义。然而，随着新技术和新应用的不断涌现，科研数据量和计算量呈现指数级增长，这使得全新规划的多学科计算服务平台建设面临着前所未有的挑战。
如今，生物大分子模拟、核酸分析等计算密集型应用在科研任务中广泛使用，对于算力的需求也是水涨船高。以研究多糖类药物合成过程为例，糖分子因其独特、复杂的结构与功能，难以用常规遗传密码解读，需要利用Amber等分子动力学应用开展生物大分子计算模拟，以直观地展现糖分子在溶液环境中的构象变化情况，预测不同合成策略下得到的糖分子结构特征，对比分析哪种方案更有可能合成出具有理想活性的目标糖分子。这个过程涉及到大量原子间相互作用，以及复杂的化学键变化等诸多精细且繁杂的计算，同时要保证模拟的准确性和精度，哪怕仅运行数微秒到数十微秒，对算力的需求也十分巨大。
此外，在植物研究过程中将产生大量的科研数据，需要采集处理高达数TB到数PB的数据，涵盖了植物样本采集阶段的基础信息记录、实验处理环节的各类参数设定、分析过程中产生的各层级多组学数据。以药用和濒危物种研究为例，需要运用高通量筛选（HTS）技术，对植物样品材料深度剖析，以获取相关基因组和nrDNA序列，构建起精准鉴定参考数据集。这要求存储系统不仅具备高性能、高可靠性、高可扩展性，还需要与原有云平台无缝对接，实现数据的自由流通与共享。
因此，多学科计算服务平台作为各大项目组的统一算力和存储支撑平台，必须依据不同应用的独特需求，设计出清晰合理的数据流向，搭建统一、智能的计算资源管理体系，确保算力、存储、网络资源的高效利用，避免资源闲置或冲突。
打造多学科计算服务平台，元脑服务器加速天然药物研发
综合考虑科研对算力资源、高性能存储、算网融合调度等需求，浪潮信息为昆明植物所量身定制了植物天然产物大数据中心多学科计算服务平台。该平台以元脑服务器NF5280G7和AS13000分布式存储为核心支撑，同时部署Cluster Engine平台优化算力调度与管理。通过整合计算、存储、网络和应用资源，极大地推动植物科学研究的进展，实现科研数据的高效管理和分析，加速科学发现和创新。
- 加速科学计算应用运行，提升药物研发效率：分子动力学应用Amber专为生物分子系统模拟研发，是典型的算力"饕餮"，对浮点计算性能要求极高；而用于DNA-seq比对、RNA-seq比对的生物信息学应用 BWA、STAR则需要单机多核大内存计算。面对不同科研应用的差异化算力需求，以元脑服务器NF5280G7为核心支撑，依托100Gb Infiniband计算网络，实现各节点数据的高速传输，提升了整体算力效率，让植物天然产物特征分析、分子结构模拟等药物研发关键环节全面提速。
- 实现高速数据读写，释放多组学大数据的价值：为快速处理药物研发中产生的高分辨率图像、大规模的序列信息和复杂的生物网络等数据信息，平台存储系统基于AS13000组成全对称分布式架构，提供2PB可用容量，采用HDR100 IB网卡对接高性能平台，25G网卡对接私有云平台，实现高达30万IOPS效能，单节点带宽大于1GB/S，数据读写效率大幅提升，并显著降低了数据丢失风险，有效规避因数据差错导致的项目延误或失败。
- 动态调整资源配置，让算力资源物尽其用：为了有效支持各项目组的分子对接、药物筛选和药效预测等复杂计算任务，满足Amber等计算密集型应用和BWA、STAR等内存计算应用的差异化需求，算力平台通过部署Cluster Engine实现资源的统一管理和资源调度，依据应用特性优化资源分配，确保性能发挥。如针对Amber应用分配计算节点资源，针对生物信息学应用分配胖节点资源，使计算中心资源利用率提高到90%以上，在大规模并行计算与数据分析时能够快速响应科研诉求，为药物研发提供灵活、弹性的算力保障。
多学科计算服务平台的建设与应用，能够更好地分析和处理实验数据，加快新植物天然产物的发现速度，帮助昆明植物所的科研人员更准确地识别和筛选具有潜在药用价值的植物天然产物，从而加速新药的研发进程。
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