当前位置: 首页 > 新闻及公告 > 中心新闻

中心新闻

抗击疫情专题报道|21财经:超算战疫:药物筛选、基因测序背后的力量

2020-03-06

从农历年三十开始,国家级超算中心和企业级超算平台相继加入医疗诊治大军,以提供软件和算力支持的方式参与药物筛选、基因组学检测分析等进程。这让以往需以月乃至年为计的运算、检测时间被缩短到几天,一批老药据此得到验证通过,快速进入临床治疗。

“到2月为止,深圳中心已经调度了千万机时(超算资源单位),这个数据还在增长。”接受21世纪经济报道记者专访时,国家超算深圳中心主任冯圣中如此介绍道。

在相邻的湖南省内,国家超算长沙中心也“把过年期间一些非紧急性任务进行了重新调度和划分,加班加点构建了弹性资源调度云平台,还紧急启用了一部分新的大数据服务器。”长沙中心副主任彭绍亮向记者表示。

临床治疗背后的算力赛跑

原本已进入假日模式的国家超算深圳中心在大年三十被一通电话打破了平静。

下午一点多,中心主任冯圣中接到来自中山大学药学院教授的电话,急寻计算资源。此前,教授已经咨询过了多家机构未果。

“科技工作者养兵千日用兵一时,现在正是做贡献的时候。”他向记者表示,当时有同事买好了票准备回湖北老家,因为临时接到工作退了票。

当天下午不久,深圳中心协调出了400个节点资源,免费提供给前述教授团队,用于药物筛选工作。

第二天也即大年初一,考虑到短时间内后续计算资源可能无法快速到位,深圳中心向其他超算中心发出协同请求。“看谁能调度一些资源出来,先做软件优化工作,一旦有需要就可以马上把计算任务提交过去。当时在沟通之后,有几家都提出响应,提出免费支持。”

当然这也基于国内几处国家级超算中心分别着力的应用领域不甚相同,有些可能并无相关软件支持,若移植计算任务会很难接收并处理,只能作罢。

据冯圣中介绍,超算中心在这段时间的工作核心包括两部分:第一是技术性的,即在掌握原始计算数据的基础上,需要优化对应软件环境,让数据“跑起来”,这需要技术人员调教完成;第二是协调方面,超算中心的算力资源几乎时时满载,当接到紧急任务时,就需要协调不那么紧迫的应用延后处理。“从春节到现在,深圳中心的近二十名工程师在轮班支持这些工作。”

到目前为止,深圳中心优先调度了千万机时的资源用于支持药物筛选、基因组学等计算需求,这是相比往年来说最大的变化。冯圣中告诉记者,常规来说,深圳中心算力需求前三位的场景分别是新材料、生命科学和量子化学研究等,其中新材料需要的算力占中心资源的30%

“这千万机时都是从其他不那么紧迫的计算任务中挤出来,主要用于老药新用的药物筛选工作。”他进一步解释道,从原理来说,医药专家将新冠病毒的蛋白分子结构提出作为靶标,老药则在药物分子库中早有列出,通过调用软件算法进行相应计算,就能找到相关适用的药物。

“如果是完全从头开始做药物试剂,一般不是用于紧急的临床需求,那么会从小分子开始层层筛选,结合实验室的具体验证逐渐缩小候选范围,最后找到结果,这是一个很漫长的过程。”冯圣中举例道,有时候可能花费了10亿美元、研发了十年,都未必能研发出合适的新药,也可能药物会存在一定风险。

在这些快速聚集的资源背后,一些被计算验证通过的老药开始用于临床治疗,一些也已走在路上。

冯圣中最近得到消息是,前述深圳中心算力支持的中山大学药学院,已经将得出的成果用于湖北省的几十家医院临床使用。

在八百多公里之外的湖南长沙也在近日获得了好消息。生命科学一直是国家超算长沙中心长期关注的重点领域,中心副主任彭绍亮主持并参与研发了三大系统,其中一个就涉及临床治疗。

专访过程中他向记者介绍道,该系统是“基于超算的人工智能病原检测和抗病毒药物重定位大数据平台”,其中构建了最大规模异构的生物医药网络,提出人工智能病原微生物检测和药物设计方法。

“长沙中心目前已助力军事医学科学院毒物药物研究所和军事医学研究院国家应急防控药物工程技术研究中心,发现了雷米迪维、氯喹、利托那韦等三种老药在细胞层面对新冠病毒有抑制作用,后续的临床测试和使用正在走相关程序报批。”彭绍亮如此表示。

克服结构化运算难题

彭绍亮告诉21世纪经济报道记者,相比其他应用,新冠病毒和抗疫数据具有规模大、更新快、异构等特点,对数据的计算分析和实时性处理提出了更高的要求。

“为此,国家超算长沙中心构建了超算资源调度云平台,可以根据每天的计算负载和数据传输开销,动态调度合理安排计算、存储、通讯资源,重点保障抗病抗疫任务。”

另一个难题是,原来用在医疗机构的是小规模计算,转换到超算中心的大规模平台上,要维持稳定地“跑数据”需要技术性优化,但中心一般提供的是公共计算资源,并不会对特定需求修改计算机程序。

“针对这段时间疫情的科技攻关会跟常规不同,我们考虑可能要先相应改善做到支持保障,之后再慢慢恢复。”冯圣中表示,这原本对超算中心的技术人员来说是常规工作,只是针对特定的需求,有时短期内难以根本解决这些难题,会选择权宜之计先支持运算起来再说。

一个多月时间内,各地超算中心多管齐下,着力点早不仅限于临床医疗。

彭绍亮告诉记者,开年到现在,长沙中心针对省内防疫形势,开展了一系列合作研发工作。包括联合湖南省通信管理局搭建基于信令数据的疫情分析预警平台;与湘雅系医院、鹏城实验室等单位研发“GeoAI:人工智能抗冠预警可视化系统”;分别联合多家生物医药机构联合开发新冠病毒核算检测试剂盒或其他家庭简易式自查技术等。

“下一步,国家超级计算长沙中心将继续集中力量,加力攻关,强化疫情防控技术研发和成果应用。”他表示。

冯圣中则向记者介绍,除前述应用之外,随着返工潮的开启,深圳中心还参与了疫情分析筛查、与鹏城实验室和南方科技大学等机构联合进行疫情发展趋势研判等,目前主要为深圳市民提供出行参考。“其中算力要求最大的是药物筛选,其次是基因组学分析,分析和研判工作目前来说对算力需求还不算太大。”

公共事件中的超算角色

冯圣中向21世纪经济报道记者指出,“在抗疫过程中,我们看到在国家级单位之外,企业基于一些原因可能未必愿意拿出资源参与进来,所以建立大型高水平的国家级超算中心很有必要,这是科研基础设施,类似疫情中公立医院发挥的作用。”

此外他建议建设专题性大数据中心,如传染性疾病大数据中心等。“AI和大数据可以发挥很多作用,但目前还远不够。比如能否更早发现问题、采取措施并精准防控等。”他举例道,在防疫早期的封城封路措施有些一刀切,但可以利用大数据等措施,分级分区进行防控;基于大数据也可以在未完全掌握相关人群行动轨迹时,便能综合获得相应信息。“所以我觉得依托超算中心建立专题型大数据中心很有必要,尤其是应对突发疫情等事件时。”

疫情还凸显出掌握多学科交叉技术人才的重要性。放到超算领域,也并不只是懂得计算就足够,还需要对专业领域有认知和了解。“比如疫情防控就涉及疾控、医药、临床等各方面,这需要体制机制鼓励和培养各种综合能力人才。”

彭绍亮也强调了大数据分析应用和超级计算应用的重要性。“新型冠状病毒肺炎疫情爆发以来,大数据在疫情态势研判、传播路径分析、精准防控及后续治理中都扮演着重要角色。此外,随着生命科学、材料、能源等应用领域的不断深入和扩展,意味着需要更大规模的计算和存储资源的支持和超级计算机整机系统的更新换代,从而持续保持我国在国际超算领域的领先地位。”

(本文原载于21世纪经济报道APP21财经”)