高性能计算对生命科学研究有何帮助？

生命科学作为21世纪最重要的科学分支之一，高性能计算在生命科学的研究和发展中起了非常重要的作用。目前，高性能计算在生命科学领域中的应用主要包括：基因测序，分子动力，虚拟筛选。而对于高性能计算在生命科学领域的主要作用是对实验仪器测量数据处理和分析，分子动力学模拟以及计算机辅助药物设计类计算。

 

随着人类基因组计划的相继完成，以及各种模式的生物基因组计划的实施，基因测序技术也在不断发展。同时，关于生物基因组序列的海量数据不断涌现，因此就需要用通过高性能计算对这些数据加以整理和存储。

 

实验仪器测量数据处理和分析，首先通过实验仪器对生物分子进行测量，使用一些后处理软件对原始的大量数据进行处理和分析，然后对序列数据进行同源及相似性搜寻、比对、序列分析、遗传发育分析等，应用软件数量巨大，各种软件在同源性分析算法上各有特点，最常用的有BLAST，FASTA，HMMER，ClustalW，DNASTAR，PHYLIP，PAML，PAUP，T-Coffee，EMBOSS等。有对蛋白质分子进行研究的三维冷冻电镜方法及结构解析软件EMAN，SPIDER;利用Xray方法测量用软件CCP4、ARP/wARP，CNS进行解析等;质谱仪测序以及后续处理软件tandom(X!tandom)等。

 

分子动力学模拟是在原子水平上利用牛顿经典力学方程模拟分子的运动，随着高性能计算能力的提高，分子动力学模拟已经成为生物大分子理论研究的有力工具，目前，用于分子动力学模拟的主要软件有AMBER ，Charmm，NAMD，Gromacs等，这类应用非常适合大规模并行。

 

计算机辅助药物设计是根据受体的结构是否已知，分为直接药物设计和间接药物设计。通过分子模拟软件分析结合部位的结构性质。然后运用数据库搜寻或者全新药物分子设计技术识别得到分子形状和理化性质与受体作用位点相匹配的分子，合成并测试这些分子的生物活性，经过几轮的循环，就可以发现新的先导化合物。因此，计算机辅助药物设计大致包括活性点位分析法，数据库搜寻，全新药物设计。根据计算方法的不同分刚性对接、半柔性对接和柔性对接，应用软件有DOCK ，AutoDock，FlexX，Discovery Studio，ZDOCK，RDOCK，MORDOR等。

 

对海量研究数据的生命科学领域计算，北鲲云可以提供完整的行业解决方案。不仅如此，北鲲云超算平台预安装了300多款软件，研究人员在北鲲云超算平台可以根据自身的研究需要，随时启用已经安装好的软件，方便快捷。

 

北鲲云超算平台采用公有云计算资源，最新的CPU及GPU资源，最高可申请100000CPU核心,满足不同应用软件对高性能计算资源的不同需求。

 

CPU：Intel Xeon Cascade Lake 8269 + Intel Xeon Skylake 8163 2.5-3.3GHz

GPU：Nvidia Tesla A100 + Nvidia Tesla V100 + Nvidia Tesla T4

 

同时，北鲲云超算平台还未用户提供多种作业提交方式，例如，可视化作业提交方式，大大降低了高性能计算的使用门槛。