作者：李向景在基因編碼組成的世界里，每一次疫情的爆發(fā)都像一個謎題，等待著科學(xué)家利用最新的科技工具來破解。位于加拿大安大略省漢密爾頓的麥克馬斯特大學(xué)處于這場全球生物安全斗爭的最前沿，通過基因組學(xué)的力量為人類社會提供前所未有的見解和解決方案。隨著基因測序技術(shù)成本大幅下降，數(shù)據(jù)量爆發(fā)式增長已成為常態(tài)。英特爾至強可擴(kuò)展處理器不僅提供強大的計算能力，還能促進(jìn)研究人員對遺傳數(shù)據(jù)的深入理解和分析。麥克馬斯特大學(xué)的科研團(tuán)隊使用配備第三代Intel Xeon 可擴(kuò)展處理器的HPE Superdome Flex 服務(wù)器，將病毒基因組測序速度提高了十倍。這一進(jìn)展不僅加速了變種的識別，而且加深了對病毒如何工作、傳播和控制的理解。

如今的新一代產(chǎn)品——第五代英特爾至強可擴(kuò)展處理器提高了每個內(nèi)核的性能，可以幫助企業(yè)滿足更嚴(yán)格的部署要求。與第三代英特爾至強可擴(kuò)展處理器相比，第五代英特爾至強可擴(kuò)展處理器通用計算性能提升84%，AI訓(xùn)練和推理性能提升高達(dá)14倍。使用英特爾加速引擎時的改進(jìn)可以使平均每瓦性能比提高10倍。第五代英特爾 至強 處理器是英特爾迄今為止最具可持續(xù)性的數(shù)據(jù)中心處理器。內(nèi)置加速器不僅有助于提高每瓦性能，還可以通過在平臺BIOS 中啟用優(yōu)化的功耗模式，進(jìn)一步提高能源效率并節(jié)省成本，從而使工作負(fù)載受益。從疫情中吸取教訓(xùn)，為未來做好準(zhǔn)備麥克馬斯特大學(xué)的麥克阿瑟實驗室最初致力于追蹤導(dǎo)致細(xì)菌耐藥性的基因和突變。他們的數(shù)據(jù)庫是世界上最大的數(shù)據(jù)庫之一，對于了解細(xì)菌的行為、傳播和對人類構(gòu)成新的威脅至關(guān)重要。

基因組測序已成為抗擊COVID-19 的重要工具。通過揭示導(dǎo)致這種疾病的病毒的遺傳秘密，研究人員正在了解它是如何變異和傳播的。這使得衛(wèi)生當(dāng)局能夠快速采取措施并指導(dǎo)科學(xué)家開發(fā)關(guān)鍵的疫苗和藥物。這就是麥克馬斯特大學(xué)幫助加拿大擺脫COVID-19 大流行并預(yù)防下一場流行病的方式。在COVID-19 大流行期間，麥克馬斯特大學(xué)的研究人員迅速從最初設(shè)計用于追蹤耐藥細(xì)菌基因和突變的平臺轉(zhuǎn)向監(jiān)測SARS-CoV-2。他們與漢密爾頓健康科學(xué)中心合作，每周監(jiān)測安大略省漢密爾頓地區(qū)出現(xiàn)的病毒變種，為疫苗分發(fā)和公共衛(wèi)生政策制定提供關(guān)鍵信息。這一切的實現(xiàn)，離不開HPE Apollo 6500 系統(tǒng)中的GPU 加速技術(shù)以及HPE Nimble Storage HF20C 提供的海量數(shù)據(jù)存儲能力。高性能計算，從病毒追蹤到藥物發(fā)現(xiàn)隨著疫情蔓延，科學(xué)家需要快速收集和分析大量數(shù)據(jù)，以追蹤病毒的突變和傳播。麥克馬斯特大學(xué)的研究人員意識到他們現(xiàn)有的計算資源無法滿足需求。幸運的是，他們獲得了加拿大政府的COVID-19 基礎(chǔ)設(shè)施撥款，并利用這筆資金購買了配備第三代Intel Xeon 可擴(kuò)展處理器的HPE Superdome Flex 服務(wù)器。英特爾 至強 可擴(kuò)展處理器以其高性能、可靠性和可擴(kuò)展性而聞名，是高性能計算的理想選擇。它能夠支持復(fù)雜的基因組測序軟件，例如加拿大公共衛(wèi)生局的主要工具SIGNAL，并加速數(shù)據(jù)的分析和處理。特別是最新的第五代英特爾生態(tài)優(yōu)化：與上一代相比，第五代英特爾至強可擴(kuò)展處理器在同等功耗下平均性能提升21%，AI推理能力提升訓(xùn)練效果分別達(dá)到42%和29%。使用第五代英特爾至強可擴(kuò)展處理器平臺將進(jìn)一步增加內(nèi)存、改進(jìn)I/O子系統(tǒng)并持續(xù)降低總擁有成本。通過更高的內(nèi)存帶寬克服數(shù)據(jù)瓶頸并提高計算性能。與DDR4相比，DDR5的帶寬提高了高達(dá)66%，因此有機(jī)會提高性能、容量、能效并降低成本。借助PCIe 5.0 提供的新I/O 速度，有機(jī)會最大限度地提高CPU 和設(shè)備之間的吞吐量。第五代英特爾 至強 可擴(kuò)展處理器擁有多達(dá)80 個PCIe 5.0 通道，非常適合快速網(wǎng)絡(luò)、高帶寬加速器和高性能存儲設(shè)備。在降低總擁有成本方面，通過適用于下一代工作負(fù)載的CXL Type 1、2 和3 減少數(shù)據(jù)中心的計算延遲。標(biāo)準(zhǔn)PCIe 可以在同一鏈路上同時支持CXL，CXL 是跨標(biāo)準(zhǔn)PCIe 物理層運行的替代協(xié)議。設(shè)備和CXL設(shè)備實現(xiàn)總擁有成本的有效降低。 “到2020 年底，我們收到了這些鼻拭子，對DNA 進(jìn)行了測序，然后使用HPE Superdome Flex 快速分析這些樣本并說，‘你有Alpha 變體，你有Beta 變體，你有我們擁有的一個以前從未有過的變異”，麥克馬斯特大學(xué)生物化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)科學(xué)副教授安德魯·麥克阿瑟說。 “所有這些都是為了向加拿大公共衛(wèi)生局和安大略省公共衛(wèi)生局以及試圖了解這種病毒如何運作以及我們?nèi)绾螕魯∷难芯咳藛T提供信息。

除了追蹤病毒變體之外，麥克馬斯特大學(xué)的研究人員還使用高性能計算平臺進(jìn)行藥物發(fā)現(xiàn)研究。他們采用HPE Apollo 6500 系統(tǒng)，該系統(tǒng)還配備了第三代Intel Xeon 可擴(kuò)展處理器，并配備了高性能GPU 以加速機(jī)器學(xué)習(xí)工作負(fù)載。他們部署了機(jī)器學(xué)習(xí)算法來尋找新的抗生素來應(yīng)對耐藥細(xì)菌感染的挑戰(zhàn)。這些研究將導(dǎo)致新藥和治療方法的開發(fā)。提供了重要線索。第五代英特爾 至強 處理器專為人工智能而設(shè)計，每個核心均具有人工智能加速功能，可隨時處理要求嚴(yán)苛的人工智能工作負(fù)載，包括多達(dá)200 億個參數(shù)的模型第五代英特爾 至強 處理器上的深度學(xué)習(xí)推理和微調(diào)與上一代相比，具有更快的內(nèi)存、更大的末級緩存和更多的核心，提供其他CPU 無法比擬的出色AI 性能。從疫情走向未來，開啟基因組學(xué)研究新紀(jì)元隨著高通量計算平臺的建立，麥克馬斯特大學(xué)的研究人員開始攻克更加雄心勃勃的項目——健康腸道微生物組和益生菌研究，這些研究需要處理大量數(shù)據(jù)基因組數(shù)據(jù)，Superdome Flex 服務(wù)器的高性能計算環(huán)境非常適合這項任務(wù)。這表明研究人員現(xiàn)在可以進(jìn)行以前由于計算資源有限而無法完成的實驗。基因組學(xué)研究進(jìn)入抗生素新時代，以應(yīng)對日益嚴(yán)重的耐藥感染問題。麥克馬斯特大學(xué)的研究表明，通過整合全球數(shù)據(jù)庫的信息，研究人員正在建立一個預(yù)警系統(tǒng)，以識別和了解這些感染的來源和傳播模式。其中，高性能計算和基因組測序技術(shù)在抗擊疫情中發(fā)揮著重要作用。它們不僅幫助我們了解病毒的突變和傳播，還幫助我們開發(fā)新的藥物和治療方法。隨著基因組測序技術(shù)的不斷發(fā)展，它將會發(fā)展。麥克馬斯特大學(xué)的研究人員將繼續(xù)利用高性能計算平臺和英特爾至強可擴(kuò)展處理器在未來的生物研究中發(fā)揮越來越重要的作用，探索基因組學(xué)的奧秘，造福人類。為健康做出更大的貢獻(xiàn)。

結(jié)論麥克馬斯特大學(xué)及其研究團(tuán)隊的故事是基因組學(xué)時代的一個縮影。在這個時代，科技的進(jìn)步讓我們能夠以前所未有的速度和準(zhǔn)確度破譯生命密碼。英特爾至強可擴(kuò)展處理器和高性能計算平臺不僅加快了科學(xué)研究的步伐，也為應(yīng)對未來的生物威脅提供了強有力的支持。正如安德魯·麥克阿瑟所說：“這是生物學(xué)未來的方向，而這一切都是由基因組技術(shù)的飛躍推動的?！彪S著基因組學(xué)的不斷進(jìn)步，我們可以期待更多的突破，以更好地保護(hù)人類免受病毒侵害。以及細(xì)菌的侵襲。麥克馬斯特大學(xué)的研究成果不僅是對當(dāng)前疫情的有效應(yīng)對，也是對未來生物安全挑戰(zhàn)的前瞻性布局。