談到ET，很多人會第一時間想起那部由史蒂文·斯皮爾伯格所執(zhí)導的科幻電影。然而在中國科學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，簡稱ET)。這是一項在蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)研究中應用的重要科學手段，在病毒研究時被廣泛使用。

ET應用示意圖

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

中國科學院生物物理研究所蛋白質(zhì)科學研究平臺生物成像中心的重要研究方向之一，就是利用先進的低溫電子三維重構(gòu)技術(shù)，研究生物超分子復合體的高分辨率三維結(jié)構(gòu)。隨著自動化數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的成功應用，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)量是一個至關(guān)重要必不可少的因素。在這種情況下，該中心之前進行的傳統(tǒng)串行程序的效率已經(jīng)無法滿足日常科研需求，使用異構(gòu)架構(gòu)成為必行之道。

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

為此，中科院生物物理所與浪潮-Intel中國并行計算聯(lián)合實驗室成立了基于MIC異構(gòu)架構(gòu)的ET應用研究聯(lián)合項目組，分析多組數(shù)據(jù)后共同開發(fā)了ET的MIC單機單卡和單機多卡異構(gòu)高性能集群解決方案，大幅降低了計算時間，提升了科研效率。實際測試數(shù)據(jù)顯示，單機單卡與串行程序相比性能提升25倍，單機多卡版本與串行程序相比性能提升74倍。

中國科學院生物物理研究所蛋白質(zhì)科學研究平臺生物成像中心相關(guān)負責人表示：“ET的 MIC版本程序大大降低了實驗時間，為我們的科研帶來很大的助力，而這個結(jié)果得益于浪潮和英特爾對MIC眾核技術(shù)在生物科學領(lǐng)域應用的深入理解和技術(shù)實現(xiàn)能力。”

作為重要的合作方之一，浪潮是國內(nèi)最早開展CPU、GPU、MIC等高性能計算業(yè)務的企業(yè)，在MIC眾核技術(shù)應用領(lǐng)域一直走在前列并致力于推進MIC技術(shù)的應用落地，使得更多的行業(yè)用戶體驗到MIC技術(shù)的高效價值。目前，在生命科學、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MIC技術(shù)應用的理解已經(jīng)發(fā)揮出巨大的價值。