戴小樂(lè)聊IT

新冠病毒的“長(zhǎng)相”

是如何揭開(kāi)的？

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戴小樂(lè)為您解答

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戴爾科技集團(tuán)可惡的病毒，知道你的“長(zhǎng)相”我就有辦法對(duì)付你了！跟著#戴小樂(lè) ，來(lái)看這個(gè)非一般的照妖“鏡” 🧐視頻號(hào)      

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中國(guó)新冠疫苗全球供應(yīng)

已突破1億劑次

為更多地區(qū)送去抗疫希望

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被廣泛認(rèn)可的國(guó)產(chǎn)新冠疫苗

研制成功的背后

離不開(kāi)醫(yī)療科研人員的努力

和一位“深藏功與名”的

幕后“英雄”

那就是視頻中提到的

冷凍電鏡技術(shù)

在這場(chǎng)沒(méi)有硝煙的戰(zhàn)爭(zhēng)中，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院與戴爾科技攜手，在冷凍電鏡HPC平臺(tái)上，通過(guò)海量數(shù)據(jù)研究，揭開(kāi)了新冠病毒的真面目，讓病毒以三維結(jié)構(gòu)的形態(tài)，直觀展現(xiàn)在科研人員面前，加速了疫苗研究，為抗“疫”爭(zhēng)取了寶貴的時(shí)間。

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冷凍電鏡是冷凍電子顯微鏡的簡(jiǎn)稱(chēng)，就是應(yīng)用冷凍固定術(shù)，在低溫下使用透射電子顯微鏡觀察樣品的顯微技術(shù)，讓研究者能將生物分子“凍起來(lái)”，前所未有地觀察分析運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

2017年，三位發(fā)展冷凍電鏡技術(shù)的科學(xué)家被授予諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，奠定了這一技術(shù)的主流地位。新冠疫情暴發(fā)后，借助冷凍電鏡這面“照妖鏡”，科學(xué)家得以在對(duì)抗病毒的過(guò)程中摸清楚它的底細(xì)，從而找到消滅病毒的突破口，這項(xiàng)前沿技術(shù)更為大眾所了解。

讓我們一起來(lái)了解下，將生物化學(xué)帶入新時(shí)代的冷凍電鏡，是如何成為科研好助手以及突破了哪些技術(shù)難點(diǎn)。

三維重構(gòu)

爭(zhēng)得寶貴先機(jī)的突破口

誕生于上個(gè)世紀(jì)70年代的冷凍電鏡技術(shù)，其實(shí)經(jīng)歷了一個(gè)長(zhǎng)期的發(fā)展，直到2013年才做到突破，使傳統(tǒng)X射線(xiàn)、傳統(tǒng)晶體學(xué)長(zhǎng)期無(wú)法解決的許多重要大型復(fù)合體及膜蛋白的原子分辨率結(jié)構(gòu)，一個(gè)個(gè)被迅速解決。

隨著冷凍電鏡在自動(dòng)化、分辨率、直接電子探測(cè)技術(shù)以及高性能圖像處理技術(shù)方面的大幅提高，它也越來(lái)越適合分析大的難以形成三維晶體復(fù)合體的三維結(jié)構(gòu)。對(duì)新冠病毒的研究突破，就是一個(gè)典型的例證。

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要得到新冠病毒的三維結(jié)構(gòu)，需要通過(guò)冷凍電鏡進(jìn)行三維重構(gòu)，而這也是冷凍電鏡最大的技術(shù)難點(diǎn)。這項(xiàng)技術(shù)本身包含數(shù)據(jù)采集、圖像處理、三維重構(gòu)三個(gè)步驟，每一個(gè)步驟都需要采集大量的圖像數(shù)據(jù)，以及對(duì)這些圖像進(jìn)行處理和分析，這導(dǎo)致三維重構(gòu)計(jì)算需要花費(fèi)極其漫長(zhǎng)的時(shí)間，研究效率非常低下。

解決這一難題的關(guān)鍵，在于高性能計(jì)算（HPC）以及GPU集群。

▐一方面，高性能計(jì)算將多個(gè)單元的計(jì)算能力進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)了高度可靠的計(jì)算運(yùn)轉(zhuǎn)模式，能夠?qū)Σ杉降拇笠?guī)模樣本圖像數(shù)據(jù)快速進(jìn)行優(yōu)化，顯著提高三維重構(gòu)的質(zhì)量。

▐另一方面，GPU大量壓縮了漫長(zhǎng)的重構(gòu)計(jì)算時(shí)間，為科研人員爭(zhēng)取到大量寶貴的科研時(shí)間，在提升科研效率的同時(shí)，進(jìn)一步加快了試錯(cuò)的迭代速度。

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而這正是戴爾科技的優(yōu)勢(shì)所在，戴爾易安信PowerEdge服務(wù)器等硬件產(chǎn)品以及HPC解決方案，能夠?yàn)槔鋬鲭婄R科研院所提供理想的基礎(chǔ)設(shè)施。

戴爾科技

點(diǎn)燃部署HPC的星星之火

作為首家提供HPC打包的方案廠(chǎng)商，戴爾科技自九十年代初期正式進(jìn)入HPC領(lǐng)域，相繼推出了高密度、高性能GPU計(jì)算服務(wù)器，以及存儲(chǔ)加速器（DAC）等，并成立了戴爾科技HPC和AI創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。

戴爾科技HPC解決方案包含了服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)層面，將IT系統(tǒng)和關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施融合，提供端到端的高性?xún)r(jià)比解決方案和產(chǎn)品組合，幫助越來(lái)越多的客戶(hù)實(shí)現(xiàn)計(jì)算與處理加速，并保障HPC關(guān)鍵數(shù)據(jù)的可靠性與安全性。

以高性能服務(wù)器為例，戴爾易安信PowerEdge R840、R740xd、C4140等一系列GPU服務(wù)器，可以滿(mǎn)足冷凍電鏡對(duì)GPU計(jì)算集群的建設(shè)需求。

新推出的PowerEdge R750xa也提供了GPU密集型性能，這款雙插槽2U服務(wù)器采用第三代英特爾®至強(qiáng)®可擴(kuò)展處理器，最多支持4個(gè)雙寬GPU和6個(gè)單寬GPU，可為計(jì)算量繁重的工作負(fù)載提供支持。

*戴爾易安信PowerEdge服務(wù)器搭載英特爾®至強(qiáng)®系列可擴(kuò)展處理器，在核心、緩存、內(nèi)存以及I/O方面進(jìn)行了大量?jī)?yōu)化，使得其在整體性能上有了極大的提升，可滿(mǎn)足多種工作負(fù)載需求。

戴爾易安信DSS8440服務(wù)器同樣擁有強(qiáng)大的計(jì)算能力，作為一款2路4U服務(wù)器，它配備了多達(dá)10個(gè)加速器、高速PCIe結(jié)構(gòu)和大量的本地存儲(chǔ)，非常適用于機(jī)器學(xué)習(xí)、訓(xùn)練應(yīng)用程序以及其它計(jì)算密集型工作負(fù)載。

由于冷凍電鏡技術(shù)可實(shí)現(xiàn)直接觀察液體、半液體及對(duì)電子束敏感的樣品，目前很多科研院所都將其作為必備的研究手段。

基于多年來(lái)在高性能計(jì)算領(lǐng)域的深厚沉淀，戴爾科技幫助國(guó)內(nèi)很多高校生命科學(xué)院成功實(shí)施部署了規(guī)模不等的冷凍電鏡HPC平臺(tái)，例如清華大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、北京大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心、西湖大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院等，在該領(lǐng)域有豐富的規(guī)劃設(shè)計(jì)及部署實(shí)施經(jīng)驗(yàn)。

考慮到HPC通常比較復(fù)雜和多樣化，為了幫助用戶(hù)快速設(shè)計(jì)、易于維護(hù)和使用HPC系統(tǒng)，戴爾科技集團(tuán)還推出了戴爾易安信Ready Solutions for HPC就緒方案，針對(duì)生命科學(xué)、制造業(yè)、科研教育、高性能存儲(chǔ)（NSS和Lustre）、HPC/AI等領(lǐng)域提供了6種就緒方案。

以往，用戶(hù)選擇HPC應(yīng)用設(shè)備的時(shí)候，需要進(jìn)行多方對(duì)比，還要考慮到配套的軟件與服務(wù)，乃至后續(xù)的運(yùn)維和維護(hù)等。而戴爾科技提供的就緒方案則將用戶(hù)的所有需求統(tǒng)統(tǒng)“打包”，客戶(hù)只要按需選擇對(duì)應(yīng)的設(shè)備，就可以獲得上層的軟件服務(wù)和后續(xù)的技術(shù)支持與運(yùn)維保障。

病毒對(duì)于大部分人而言，是一個(gè)抽象的概念。通過(guò)冷凍電鏡，我們可以獲得病毒內(nèi)部的結(jié)構(gòu)信息，得以一窺全貌，而這需要建立在高性能計(jì)算基礎(chǔ)之上。未來(lái)，提供高性能且易于部署管理的戴爾科技HPC解決方案將繼續(xù)助力科研人員攻克技術(shù)難題。

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文章來(lái)自公眾號(hào)戴爾易安信解決方案