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      高性能計算---生命科學領域
      來源: | 作者:pro8160c5 | 發布時間: 2018-05-31 | 4393 次瀏覽 | 分享到:
      生命科學領域高性能計算

              由于測序技術的飛速發展,人類發現的基因序列數目以指數級增長,對于如此數量龐大的基因進行同源性搜尋、比對、遺傳發育分析等等,往往伴隨著巨大的數據處理量和并行計算量。另外,生命科學的研究對象往往是蛋白質和DNA大分子,對這些分子的結構進行預測,研究它們的動力學特性、熱力學特性及其在生命過程中如何發生作用等等,這些科學問題也要借助于高性能計算機。所以高性能計算機在生命科學研究中,應用非常廣泛,扮演著及其重要的角色。



              高性能計算在生物領域中的應用主要分為以下幾類,第一,實驗儀器測量數據處理和分析,首先通過實驗儀器對生物分子進行測量,使用一些后處理軟件對原始的大量數據進行處理和分析。比如對DNA分子進行研究的Illumina 公司的測序儀Genome Analys,HiSeq 2000以及相應的后處理軟件GAPipeline等;ABI公司的測序儀Solid3,Solid4以及后處理軟件Bioscope。然后對序列數據進行同源及相似性搜尋、比對、序列分析、遺傳發育分析等,應用軟件數量巨大,各種軟件在同源性分析算法上各有特點,最常用的有BLAST,FASTA,HMMER,ClustalW,DNASTAR,PHYLIP,PAML,PAUP,T-Coffee,EMBOSS等。有對蛋白質分子進行研究的三維冷凍電鏡方法及結構解析軟件EMAN,SPIDER;利用Xray方法測量用軟件CCP4、ARP/wARP,CNS進行解析等;質譜儀測序以及后續處理軟件tandom(X!tandom)等。第二,分子動力學,從原子的角度利用經典力學模擬分子的運動,研究體系動力學和熱力學特性,主要軟件有AMBER ,Charmm,NAMD,Gromacs等,這類應用非常適合大規模并行。第三,計算機輔助藥物設計類計算,模擬小分子配體與生物大分子受體的相互作用,預測兩者間的結合模式和親和力,從而進行藥物的虛擬篩選,根據計算方法的不同分剛性對接、半柔性對接和柔性對接,應用軟件有DOCK ,AutoDock,FlexX,Discovery Studio,ZDOCK,RDOCK,MORDOR等。

              對于種類繁多的生物領域計算,曙光可以提供完善解決方案,滿足不同應用軟件對高性能計算資源的不同需求:



              計算系統包括:高密度、低功耗、易管理的刀片服務器,如曙光TC4600/TC5600/TC6600,刀片節點配置以雙路為主,采用最新的64位Intel或AMD處理器,注重浮點峰值和內存性能;單機性能高、大內存、高I/O的SMP四路或八路胖節點;利用圖形加速技術大幅度提高計算能力的GPU節點;計算網絡采用低延遲、高帶寬的InfiniBand,能大幅度提高應用程序的計算速度和并行加速比;針對大規模高性能計算集群系統,全局共享存儲的性能和擴展性非常關鍵,目前主流的解決方案是采用分布式的并行存儲系統,如曙光ParaStor 200/300。在軟件層面,曙光為生物高性能計算用戶配備完備的并行軟件開發和運行環境;配置曙光Gridview集群監控管理及作業調度軟件,包含針對不同應用軟件開發的Web作業提交界面ClusPortal,可以大大降低高性能計算機的使用門檻。

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