談到ET，很多人會(huì)第一時(shí)間想起那部由史蒂文·斯皮爾伯格所執(zhí)導(dǎo)的科幻電影。然而在中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所的眾多研究員眼中，ET并不是神秘的外星人，而是電子斷層三維重構(gòu)技術(shù)(Electron Tomography，簡(jiǎn)稱(chēng)ET)。這是一項(xiàng)在蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)研究中應(yīng)用的重要科學(xué)手段，在病毒研究時(shí)被廣泛使用。

ET應(yīng)用示意圖

人類(lèi)的歷史上不乏病毒肆虐的案例，如差點(diǎn)毀掉歐洲的黑死病、恐怖的非洲埃博拉病毒、中國(guó)的H7N9禽流感等等�？梢哉f(shuō)，病毒不僅嚴(yán)重威脅人類(lèi)健康和生命，還引起農(nóng)作物及禽、畜和經(jīng)濟(jì)動(dòng)物的流行性病害，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，病毒研究一直是結(jié)構(gòu)生物學(xué)和病理學(xué)研究的重要課題，而將傳統(tǒng)電子顯微學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代結(jié)構(gòu)生物學(xué)技術(shù)予以結(jié)合，研究病毒蛋白聚合物的三維結(jié)構(gòu)，對(duì)于了解蛋白聚合物如何發(fā)揮生物學(xué)功能、病毒如何完成生命周期具有重要意義。

中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所蛋白質(zhì)科學(xué)研究平臺(tái)生物成像中心的重要研究方向之一，就是利用先進(jìn)的低溫電子三維重構(gòu)技術(shù)，研究生物超分子復(fù)合體的高分辨率三維結(jié)構(gòu)。隨著自動(dòng)化數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的成功應(yīng)用，電鏡三維重構(gòu)的數(shù)據(jù)規(guī)模急劇增大，但要獲得較高分辨率的電鏡結(jié)構(gòu)，除了樣品質(zhì)量和儀器性能的提高，大規(guī)模的數(shù)據(jù)量是一個(gè)至關(guān)重要必不可少的因素。在這種情況下，該中心之前進(jìn)行的傳統(tǒng)串行程序的效率已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足日�？蒲行枨�，使用異構(gòu)架構(gòu)成為必行之道。

一般來(lái)說(shuō)，從CPU串行程序移植到異構(gòu)架構(gòu)上的并行程序并且進(jìn)行優(yōu)化需要面對(duì)很多挑戰(zhàn)，需要分析考慮很多問(wèn)題才能制定出合適的移植優(yōu)化策略，這其中要包括對(duì)并行線程和進(jìn)程數(shù)目、并行層級(jí)、并行粒度的設(shè)計(jì)，同時(shí)還要兼顧系統(tǒng)級(jí)和內(nèi)核級(jí)之間的優(yōu)化，才能發(fā)揮異構(gòu)系統(tǒng)的高并發(fā)特性，否則一個(gè)小小的設(shè)計(jì)失誤則可能導(dǎo)致性能上的差之千里。

為此，中科院生物物理所與浪潮-Intel中國(guó)并行計(jì)算聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室成立了基于MIC異構(gòu)架構(gòu)的ET應(yīng)用研究聯(lián)合項(xiàng)目組，分析多組數(shù)據(jù)后共同開(kāi)發(fā)了ET的MIC單機(jī)單卡和單機(jī)多卡異構(gòu)高性能集群解決方案，大幅降低了計(jì)算時(shí)間，提升了科研效率。實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，單機(jī)單卡與串行程序相比性能提升25倍，單機(jī)多卡版本與串行程序相比性能提升74倍。

中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所蛋白質(zhì)科學(xué)研究平臺(tái)生物成像中心相關(guān)負(fù)責(zé)人表示：“ET的 MIC版本程序大大降低了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，為我們的科研帶來(lái)很大的助力，而這個(gè)結(jié)果得益于浪潮和英特爾對(duì)MIC眾核技術(shù)在生物科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的深入理解和技術(shù)實(shí)現(xiàn)能力。”

作為重要的合作方之一，浪潮是國(guó)內(nèi)最早開(kāi)展CPU、GPU、MIC等高性能計(jì)算業(yè)務(wù)的企業(yè)，在MIC眾核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域一直走在前列并致力于推進(jìn)MIC技術(shù)的應(yīng)用落地，使得更多的行業(yè)用戶(hù)體驗(yàn)到MIC技術(shù)的高效價(jià)值。目前，在生命科學(xué)、石油勘探、工業(yè)制作、互聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)領(lǐng)域中，浪潮對(duì)MIC技術(shù)應(yīng)用的理解已經(jīng)發(fā)揮出巨大的價(jià)值。