acil! Ali'nin yüksek performanslı bilgi işlem teknolojisi uygulaması, zamana karşı yeni taç virüs ilaç araştırma ve geliştirme yarışı
Yazar | Sun Xiangzheng, Alibaba Cloud Yüksek Performanslı Hesaplama Teknolojisi Uzmanı
Editör | Tang Xiaoyin
Bu makale Ali tarafından hazırlanmıştır.
Yeni koronavirüs salgınının patlak vermesinden sonra, saldırıya karşı savaşmaya yardımcı olmak için Alibaba Cloud, dünya çapındaki kamuya açık bilimsel araştırma kurumlarına ücretsiz yüksek performanslı bilgi işlem, SCC süper hesaplama kümeleri ve CPU / GPU makineleri, bulut süper hesaplama ve AI teknolojileri sağladı.
Son zamanlarda pek çok araştırma kurumu ve üniversite, Alibaba Cloud üzerindeki E-HPC bulut süper bilgisayarı üzerinde ilaç araştırma ve geliştirme ile ilgili sayısal hesaplamalar yaptı.Alibaba Bulut süper bilgisayar ekibi teknik destek ve takip sağladı.
Bu makale temel olarak, E-HPC Bulut Süper Hesaplamanın Ar-Ge personelinin ilaç tarama aşamasında çok sayıda küçük molekül kitaplığını hızlı ve eşzamanlı olarak işleyebilmesine nasıl yardımcı olduğunu açıklamaktadır. Aynı zamanda, küresel sağlık ilaçları araştırma ve geliştirme merkezinin GHDDI hesaplama gücü ve başarı paylaşımı açık platformunun Alibaba Bulut çözümünü tanıtın.
Virüsler, ilaç geliştirme ve yüksek performanslı bilgi işlem
Bir ilacın doğum döngüsü son derece uzundur. En erken yeni ilaç geliştirmesinden piyasaya çıkması en az 10 yıl sürer.
Her saniyenin önemli olduğu salgın bağlamında, zaman özellikle değerlidir. Bu nedenle, bu süreçte birçok bilim insanı, yeni tacı mevcut ilaçlardan tedavi edebilecek ilaçlar bulmaya çalışacak, çok sayıda müteakip onay ve pazarlama adımlarına olan ihtiyacı ortadan kaldıracaktır.
Bileşik keşif aşamasında, önceki yöntem, olası uygun bileşikleri bulmak için çok sayıda deneyde tarama yapmaktı. Günümüzde bilim adamları, deneyler için olası etkili bileşikleri taramak için moleküler bileşikler ve hedefler arasındaki etkileşimi makineler aracılığıyla simüle etmeye çalışıyor.
Bu süreçte, genellikle "süper hesaplama" olarak anılan Yüksek Performanslı Hesaplama (HPC), modern ilaç geliştirme için vazgeçilmez bir destektir.
Bulut bilişimin yükselişi, bilim insanlarının bilgi işlem gücü elde etme ve süper hesaplama hizmetlerinden yararlanma şeklini değiştirdi. Örneğin, Alibaba Cloud'un E-HPC bulut süper hesaplama ürünü, bilim insanlarının ilaç geliştiricilerinin bilgi işlem platformları için ihtiyaçlarını karşılamak için kendi başlarına bulut üzerinde yüksek performanslı bir küme sistemi oluşturmalarına olanak tanır.
Ek olarak, bulut üzerindeki bilgi işlem gücünün ölçeği büyük ve esnektir ve bilim adamları, araştırma ve geliştirme hızının bilgi işlem gücünün ölçeğiyle sınırlandırılması konusunda endişelenmeden talep üzerine satın alabilirler.
Öyleyse, belirli virüsler, ilaç geliştirme ve yüksek performanslı bilgi işlem arasındaki belirli bağlantılar nelerdir? İlaç engelleme yöntemlerine örnekler vermek için virüsün ev sahibinde nasıl çoğaldığı ve yayıldığı ile başlayacağız ve son olarak ilaç geliştirmede yüksek performanslı hesaplamanın rolünü vereceğiz.
Virüs ve ilaç geliştirme
Virüsler, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi nükleik asit molekülleri (DNA veya RNA) ve proteinlerden oluşan hücresel olmayan formlardır. Hücresel olmadıkları için hücre bölünmesi yoluyla sayı büyümesi sağlayamazlar, konakçı hücreye girerler ve kendi kopyalarını sentezlemek ve virüsün montajını tamamlamak için konak hücredeki metabolik araçları kullanırlar. Koronavirüs (CoV), yukarıdaki viral özelliklere sahip ve farklı şiddette çeşitli solunum, bağırsak, karaciğer ve sinir sistemi hastalıklarına neden olabilen, oldukça homolog, tek sarmallı RNA virüsleri grubudur. Son 12 yılda ortaya çıkan iki yeni tip, şiddetli akut solunum sendromu (SARS-CoV) ve Orta Doğu solunum sendromu (MERS-CoV) ile şu anda yağmalanmakta olan COVID-19 bu virüse ait. .
kovid-19 virüsü
Bir virüs proteininin moleküler yapısı
Virüs konakçı hücreye girdikten sonra, viral genom replikasyonu, transkripsiyonu (RNA virüslerinin çevirisi hariç) ve viral protein sentezini tamamlar ve daha sonra daha fazla sayıda virüse dönüşür.Yaşam süreci aşağıdaki şekilde gösterilmiştir (zarfsız virüsler için basit şema) ).
Virüs replikasyon sürecine müdahale etmek için ilaç kullanmak, virüsün vücuda zarar vermesini etkili bir şekilde engelleyebilir. Örneğin, viral proteinlerin sentezi sırasında, 3cl proteaz ve ProPL proteaz gibi proteazlara ihtiyaç duyulmaktadır, proteazın işlevini inhibe etmek, virüsü inhibe etme yöntemlerinden biridir. Proteaz üzerindeki diğer maddeler (ligandlar, ilaçlar) tarafından tanınabilen veya bağlanabilen yapıya hedef (Biyolojik Hedef) denir. Viral proteazın uygun hedefine bağlanabilen ve ilacın etkisiyle proteazın üç boyutlu yapısını değiştirebilen, böylece işlevini değiştirebilen, viral proteinlerin sentezini engelleyen, virüsün çoğalmamasına neden olan ve viral replikasyonun inhibisyonunu sağlayan bir ligand (küçük moleküllü ilaç) bulun etki.
İlaç geliştirme ve yüksek performanslı bilgi işlem
İlaç araştırma ve geliştirme çok karmaşık ve zaman alan bir süreçtir ve ilaç taraması, yalnızca sürecin erken aşamalarındaki bir bağlantıdır. Örneğin, protein virüs enzimlerine bağlanan küçük moleküller için daha önce bahsedilen araştırma, farklı türlerde veya araştırma kurumlarında ligand (küçük molekül) kütüphanelerinin varlığı nedeniyle, ligand (küçük molekül) kütüphanelerinin sayısı çok fazladır ve ligand kütüphanesi başına ligand sayısı Binlerce veya daha büyük, deneylerle tek tek test etmek ve doğrulamak pratik değildir. Bilgisayar sayısal simülasyonu ile tarama, farklı ligandların bağlanma etkilerini puanlama, ilaç araştırma sürecini etkili bir şekilde hızlandırabilen deneysel doğrulama için aday ilaçlar olarak yüksek skorlu ve makul bağlanma modlarına sahip bazı ligandları tarama.
Büyük ligand kütüphanesi nedeniyle, taramanın sınırlı bir süre içinde tamamlanması da büyük bir zorluktur. Örneğin, ligand kitaplığı 10.000 aday liganda sahiptir ve her ligand için ortalama işlem süresi 1.5 saattir, bu da toplam 15.000 saat (625 gün) gerektirir. Bu nedenle hesaplamayı belirtilen süre içerisinde tamamlamak için aşağıdaki koşullar gereklidir:
-
Güçlü bilgi işlem yeteneklerine sahip bir bilgi işlem platformu;
-
İşleme verilerini ve hesaplama sonuçlarını depolamak için büyük kapasiteli depolama.
Ek olarak, tarama hesaplamasının verimli ve sorunsuz bir şekilde tamamlanmasını sağlamak için, aşağıdakileri içeren hesaplama hizmetleri de gereklidir:
-
Çok makineli bir ortamda yazılım çalışmasını ve veri erişimini sağlamak için küme yazılımı işletim ortamı;
-
Çok makineli bir ortamda birden çok görevin eşzamanlı olarak işlenmesi için paralel bir çözümü destekleyebilir.
Bilgi işlem platformlarına ek olarak, ilaç taraması ayrıca yüksek performanslı uygulama yazılımı gerektirir. İlaç tarama simülasyon hesaplamaları, Yerleştirme ve moleküler dinamik hesaplamalarını içerir: Yerleştirme nispeten zaman alır ve genellikle çok sayıda ligandın ön taraması için kullanılır. Ana yazılım dock6, Autodock Vina, Glide vb. İçerir; moleküler dinamik simülasyon hesaplamaları zaman alır ve test için kullanışlıdır. GPGPU'nun zaman değişimi, Kenetlenme ön seçiminin sonuçlarını daha fazla analiz etmek için kullanılır. Ana yazılım Gromacs, Namd, Amber vb. İçerir ve GPGPU'nun hızlandırma etkisi genellikle açıktır.
E-HPC yüksek verimli ilaç tarama programı
İlaç geliştirme, güçlü bilgi işlem yeteneklerine sahip yüksek performanslı kümeler gerektirir Bu bilgi işlem kaynakları ve hizmetleri nasıl elde edilir?
Bulut bilişimin yükselişiyle birlikte, buluttan bilgi işlem sunucu hizmetleri elde etmek yeni bir yol haline geldi.Aynı zamanda Alibaba Cloud, bulut süper bilgi işlem ürünleri E-HPC (Elastic High Performance Computing), küme paylaşımlı dosya sistemi NAS / CPFS gibi farklı ürün ve hizmetler sunmaktadır. , Veritabanı vb. Bunların arasında, E-HPC bulut süper hesaplama ürünü, kullanıcıların bulut üzerinde kendi yüksek performanslı küme sistemlerini oluşturmalarına, yüksek performanslı sunucuları ve büyük kapasiteli depolamayı yapılandırmalarına, yazılım çok düğümlü işlem ve yüksek verimli görev işleme çözümleri sunmalarına ve ilaçların ihtiyaçlarını doğrudan karşılamalarına olanak tanır. Ar-Ge personelinin bilgi işlem platformları ihtiyacı.
E-HPC Bulut Süper Hesaplama
Alibaba Cloud E-HPC bulut süper hesaplama ürünü, Alibaba Cloud'un bilgi işlem ürünlerini (ECS / EGS / çıplak metal sunucu / süper hesaplama kümesi), ağı (VPC / RoCE) ve depolamayı (NAS) birleştiren bulutta yerel, yüksek performanslı bir bilgi işlem kümesi çözümüdür. / OSS / CPFS) ve diğer ürünler, kullanıcıların sayfada işlem yapmalarına, kendi yüksek performanslı bilgi işlem kümelerini edinmelerine, kök ayrıcalıklarına sahip olmalarına ve kümede işlemler gerçekleştirmelerine olanak sağlamak için yüksek performanslı bilgi işlem iş yönetimi ve hesap yönetimini entegre etmek, yapılandırmak ve yaygın olarak kullanılan HPC uygulama yazılımını entegre etmek. Yönetim yapılandırması.
Alibaba Cloud, işlevlere ek olarak, performans açısından çeşitli bilgi işlem örnek türleri sağlar ve çeşitli hesaplama yetenekleri (1vCPU, 2vCPU, 4vCPU 104vCPU) ve farklı bellek oranları (1vCPU: 2GB, 1vCPU: 4GB, 1vCPU: 8GB) ile hesaplama örnekleri sunar Veya GPU veya FPGA hızlandırıcı kartla donatılmış olan CPU tipi çoğunlukla en yeni Intel mimarisidir. Bunların arasında, esnek çıplak metal sunucu (ECS Bare Metal Instance), Alibaba Cloud tarafından tamamen bağımsız olarak geliştirilen yeni nesil sanallaştırma teknolojisine dayanan yeni bir bilgi işlem sunucusu ürünüdür.Sanal makinelerin esnekliğini fiziksel makinelerin performans ve işlevsel özellikleriyle birleştirir. Tüm makinenin bilgi işlem performansı; çıplak metal sunucu, RMDA'yı destekleyen ve büyük ölçekli ve yüksek eşzamanlı uygulama senaryolarını karşılamak için bir süper hesaplama kümesi SCC (Süper Hesaplama Kümesi) ürünü olan bir RoCE yüksek hızlı ağ ile donatılmıştır.
E-HPC yüksek verimli görev çözümü
Yüksek performanslı bilgi işlem ortamı, temel bir bilgi işlem platformu sağlar.Etkili ilaç taraması elde etmek için, yüksek verimli bir görev çözümüne de ihtiyaç vardır.
Örneğin, ligand (küçük molekül) kitaplığını işlemek için DOCK6'nın yerleştirilmesi durumunda, mol2 gibi bir klasörde çok sayıda küçük molekül dosyası saklanır.Her küçük molekülün işlem akışı aynıdır ve aynı reseptör ( Viral proteaz gibi) hesaplama için.
Seri işlemeyi kullanıyorsanız, kod aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir. Bunlar arasında dock.in, DOCK6 komutunun girdi dosyasıdır ve karşılık gelen parametre değerinin küçük molekül dosya adına göre değiştirilmesi gerekir. Bu kod, mol2 klasöründeki her bir molekül dosyasını dolaşır, her dosya için karşılık gelen bir dock.in girdi dosyası oluşturur ve ardından onu işlemek için dock6 komutunu çalıştırır.
mol2 / * cinsinden molin için; yapmak molin_name = `temel adı $ molin` cp dock.in $ molin_name.dock.in sed -ie "/ ^ ligand_atom_file / cligand_atom_file $ molin" $ molin_name.dock.in sed -ie "/ ^ ligand_outfile_prefix / cligand_outfile_prefix $ molin_name" $ molin_name.dock.in dock6 -i $ molin_name.dock.in -o $ molin_name.dock.out bittiSeri yürütme uzun zaman alır ve yüksek performanslı kümelerin bilgi işlem gücünü kullanamaz Hızlı işlem sağlamak için kümede çok düğümlü ve çok çekirdekli eşzamanlı işleme nasıl uygulanır? Mol2 klasörünü manuel olarak birkaç alt klasöre bölmek, her klasör az sayıda küçük moleküllü dosyaya bölünmek ve ardından her bir alt dosya seri olarak yürütülmek gibi uygulamanın birçok yolu vardır. Bu yöntem, özellikle ayarlanması ve yeniden gönderilmesi gereken bir görev hatasının olduğu senaryolarda çok fazla manuel katılım gerektirir ve yeniden hesaplanması ve ihmal edilmesi çok kolaydır.
E-HPC yüksek verimli görev tanımı ve başlatma
E-HPC, yüksek verimli bir görev çözümü sağlar. Bu durumda, çok sayıda küçük molekül dosyasının eş zamanlı işlenmesi 3 adımda gerçekleştirilebilir.
-
Mol2 dosyası altındaki moleküler dosya adını molin gibi bir dosya dosyasına kaydedin.
-
Tek bir küçük molekül dosyasını işlemek için task.sh komut dosyasını yazın Küçük molekül dosya adını $ molin ile değiştirin Seri mantıkla karşılaştırıldığında, for döngüsündeki işlem kodunun doğrudan kopyalandığı görülebilir.
-
E-HPC yüksek verimli görev işleme komutu ehpcarr'ı çalıştırmak için task.sh dosyasını gönderin ve iş numarası 2.manager'ı iade edin. Bu noktada, görev eşzamanlı işleme için halihazırda 96 CPU çekirdeği kullanmıştır.Düğüm 96 CPU çekirdeğinden daha azını içeriyorsa, birden çok düğüme otomatik olarak atanacaktır. Örneğin, 12 CPU çekirdek örneği kullanıldığında, tüm moleküler işleme görevleri 8 düğümde çalışacaktır.
E-HPC yüksek verimli görev durumu sorgusu
İş numarasına göre görevlerin eşzamanlı olarak yürütülmesini sorgulamak için ehpcarr komutunu kullanın. Sorgu sonuçlarından, DONE, RUNNING, FAILED ve queuing (INIT) dahil olmak üzere her bir görevin mevcut işlem durumunu alabilirsiniz.Her görev işleme için aydınlanma son tarihi, görev yürütme süresi aracılığıyla elde edilebilir. Bir dahaki sefere kullanılan bilgi işlem kaynaklarını tahmin edin.
Sorgu sonuçlarından görülebilir:
-
E-HPC iş planlayıcı, ilaç tarama işlemi için 8 düğüm başlattı;
-
Farklı bilgi işlem düğümlerine farklı görevler atanır (görev 0 compute001'e, görev 10520 ise compute008'e atanır);
-
Aynı düğümün farklı eşzamanlı görevleri vardır (0, 111 eşzamanlı olarak compute001'de işlenir).
E-HPC çözümü, iyileştirmeler içeren, yüksek performanslı küme iş planlayıcısına dayalı bir dizi işidir:
-
Kümede çok sayıda sıraya alınmış işe neden olan ve diğer küme kullanıcılarının işlerini etkileyen 1 görev ve 1 işten kaçınmak için eşzamanlı görevlerin sayısını sınırlayın;
-
Görevlerin dinamik zamanlamasını gerçekleştirebilir ve bilgi işlem kaynaklarını tam olarak kullanabilir.
GHDDI açık paylaşım platformu
Yeni koronavirüs salgını altında, kaynakların ve araştırma sonuçlarının paylaşımı, araştırmacıların ilerlemesini büyük ölçüde hızlandırabilir ve işin tekrarlanmasını önleyebilir.
Küresel Sağlık İlaçları Keşfi Enstitüsü ("GHDDI"), Bill & Melinda Gates Vakfı, Tsinghua Üniversitesi ve Pekin Belediye Hükümeti tarafından ortaklaşa kurulan ve inşa edilen bağımsız olarak işletilen, kar amacı gütmeyen yeni bir modeldir. İlaç araştırma ve geliştirme kurumları.
GHDDI, Alibaba Cloud'da açık bir paylaşım platformu oluşturur, ilaç araştırma ve geliştirmede simülasyon hesaplamaları için yüksek performanslı bilgi işlem kümeleri oluşturmak için E-HPC'yi kullanır ve iş ortaklarının bilgi işlem kaynaklarını paylaşmaları için farklı bulut süper operatör hesapları oluşturur.
Aynı zamanda hesaplama sonuçlarını E-HPC bulut süper hesaplama kümesinde paylaşmak ve yayınlamak için Alibaba Bulut nesne depolama ürünü OSS'si doğrudan E-HPC süper hesaplama kümesine monte edilir ve yayınlanması gereken sonuçlar OSS'ye yerleştirilir. Ayrıca, bir web sunucusu oluşturmak için bulut üzerinde yeni bir ECS bilgi işlem sunucusu oluşturun ve OSS erişim bağlantısını herkesin göz atması ve indirmesi için web sunucusuna yerleştirin.
sonuç olarak
İlaç geliştirme, güçlü bilgi işlem yeteneklerine sahip yüksek performanslı bilgi işlem kümeleri gerektirir.Örneğin, ilaç taraması, çok sayıda küçük moleküllü Kenetleme işlemi gerektirir.
Bilim adamları, bulut üzerinde hızlı bir şekilde yüksek performanslı kümeler oluşturmak, yüksek performanslı bilgi işlem örnekleri elde etmek ve bilgi işlem gücü gereksinimlerini karşılamak için Alibaba Cloud E-HPC bulut süper hesaplama ürünlerini kullanabilir.
Aynı zamanda, E-HPC, yüksek verimli görev işleme için çözümler sunarak, ilaç taramasının birden çok bilgisayar düğümünde ve birden çok çekirdekte eşzamanlı olarak işlenmesini sağlayarak genel görev yürütme süresini azaltır. Ek olarak, E-HPC bulutta yerel bir süper hesaplama ürünü olduğundan, nesne depolama OSS gibi diğer bulut ürünlerine bağlanabilir ve kolayca ve hızlı bir şekilde bir bilgi işlem ve bilgi yayınlama platformu oluşturabilir.
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%97%85%E6%AF%92#cite_note-2
Zumla, A., Chan, J., Azhar, E. et al. Coronaviruses - ilaç keşfi ve tedavi seçenekleri. Nat Rev Drug Discov 15, 327347 (2016). Https://doi.org/10.1038/nrd. 2015.37
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%9D%B6%E7%82%B9_(%E7%94%9F%E7%89%A9%E5%AD%A6)
https://ghddi-ailab.github.io/Targeting2019-nCoV/
Alibaba Cloud'un temel teknik rekabet gücünün kapsamlı analizi
CSDN özel çevrimiçi zirvesi geliyor!
18-19 Mart tarihleri arasında, CSDN'nin kurucusu ve Geekbang Venture Capital'in kurucu ortağı Jiang Tao, Alibaba Cloud araştırmacısı Jiang Linquan, Alibaba Cloud'un baş akıllı ağ bilimcisi Ding Xianfeng, Alibaba Cloud Intelligent Business Group araştırmacısı, ağ ürün hattından sorumlu Zhu Shunmin, Alibaba Dharma Enstitüsü kıdemli algoritma uzmanı Xie Xuansong ve diğer 12 büyük isim, Alibaba Cloud'u piyasaya sürmek için sanallaştırma, depolama, ağ, güvenlik, bulut bilişim, büyük veri, Nesnelerin İnterneti gibi çeşitli boyutlardan başlayarak CSDN canlı yayın odasında bir araya geldi. Çekirdek teknoloji ve rekabet gücü.
Bill Gates, Microsoft yönetim kurulundan istifa etti; Apple WWDC ve Microsoft Build konferanslarının her ikisi de çevrimiçi olarak düzenleniyor; Rust 1.42.0 yayınlandı | Geek Manşetleri
11 ülkeden oluşan borsa patladı ve programcılara "zarar" mı veriyor? !
Sürüm 2.2 yayınlandı! TensorFlow geliştirici becerileri sertifikasını başlattı
Soul Uygulaması yöneticileri tutuklandı ve kötü niyetli raporlar, rakip ürünlerin kaldırılmasına neden oldu
2020'nin en son sürümü, 68 Redis mülakat sorusu, 20.000 kelime kuru mal içerir, bunları ileride kullanmak üzere hızla toplayın!
BTCU adlı son Bitcoin fork'u, Bitcoin ağının eski sorunlarını çözmek için yeni fork'u kullanmaya hazırlanıyor
