HPC高性能计算-冷冻电镜

中国科学院遗传与发育生物学研究所

2020-03-21 14:38:13 siton 45

GPU图形工作站助力冷冻电镜分析

项目背景:

      中国科学院遗传与发育生物学研究所(简称:遗传发育所)最早成立于1959年。2001-2003年,由原中国科学院遗传研究所、发育生物学研究所及石家庄农业现代化研究所整合而成。现任所长杨维才博士。

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      遗传发育所面向我国农业和人口健康的重大战略需求和生命科学前沿,重点开展基因组结构与调控规律、细胞发育分化分子机理、重要农艺性状分子解析、农业生态可持续发展、前沿学科交叉领域的研究,揭示水稻、小麦等基因组表达调控规律、阐明细胞分化的分子机制和建立新的品种设计理论与技术体系,为解决遗传与发育生物学领域重大科学和技术问题做贡献。

      冷冻电镜三维重构技术是解析大分子晶体结构、研究生命本质的有力手段,为达到原子级别的分辨率,往往需要处理数十万张图片,因此需要有高性能的计算能力,,利用了GPU 强大的浮点运算能力和并行处理能力可实现对基于GPU 加速的冷冻电镜三维重构软件的加速。冷冻电镜技术在对物质细微结构与功能的分析上必将极大地推动生物医学的发展,这让我们对生命中涉及的化学问题也有了更深的理解,对于新药开发也具有关键性意义。

核心需求:

      在此项目中,中国科学院遗传与发育生物学研究所主要做对冷冻电镜业务相关的研究,冷冻电镜是用于扫描电镜的超低温冷冻制样及传输技术(Cryo-SEM),可实现直接观察液体、半液体及对电子束敏感的样品,如生物、高分子材料等,为达到研究的目的,需要处理海量的图片,对于高性能计算力提出了需求。

解决方案:

      思腾合力针对中国科学院遗传与发育生物学研究所的需求,提出了思腾合力IW4213-4G高性能图形工作站的解决方案,整机设计采用CPU+GPU异构设计方案,配置了英特尔最新一代Scalable架构处理器。

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强大的异构计算能力: 

整机设计采用CPU+GPU异构设计方案,支持Intel Xeon Scalable架构处理器,为用户各项应用提供更高性能,支持多样化GPU配比需求。 支持 NVIDIA Tesla系列数据中心级GPU,助您轻松完成专业繁复的计算任务。 

丰富的可扩展性:

每颗CPU搭载8个内存插槽,共16根内存插槽,最高可达2T超大内存,提供灵 活强大的内存配置选择。 7个PCI-E插槽,4个全高全长PCI-E 3.0 X16插槽,可配置4块高性能GPU卡。 

优秀的产品设计: 

标准4U机架式结构,支持加装后吸风扇,独特优良的散热结构设计,集高密度、 高性能与高可靠性于一身。

总结:

      从冷冻电镜技术的出现,思腾合力便针对冷冻电镜提出一整套解决方案。对于冷冻电镜三维重构技术,大部分软件都支持GPU加速,受益于GPU 的计算能力,得以在短时间内展开了新的思路。依赖于GPU来加速图形处理、进而重建高分子结构,通过 GPU 并行加速,实现蛋白颗粒的分组,结构重构以及结果优化。GPU加速运算指以图形处理单元(GPU)搭配CPU,藉以加速科学、工程和企业应用。GPU加速运算提供前所未见的应用效能,能将应用程式中运算密集的工作负载转移到GPU,并由CPU执行其他程式码,从而加快应用程式的执行速度。

      思腾合力不仅在软件上支持GPU加速,并在硬件上提供一整套解决方案让冷冻电镜在设备与硬件上无后患之忧。使其对未来整个生物学的影响,不只是结构生物学,还影响细胞生物学、医学,发育、遗传等生命科学的各个角落。