解决方案
Solution
一、方案背景
在当今 AI 技术引领的科学探索新时代，药物研发正经历着一场深刻的变革。药物研发，从靶点识别到临床试验，每一个环节都承载着无数患者对健康与生命的渴望。在这其中，分子动力学模拟（Molecular Dynamics Simulation）作为药物设计与优化的核心工具。它通过精确模拟药物分子与生物靶点之间的微观相互作用，揭示了药物活性与潜在副作用的分子机制，为药物的精准设计与安全评估提供了科学依据。随着药物研发进入高精度、大尺度的分子模拟时代，传统的 CPU 计算平台逐渐显露出其局限性。CPU 的串行处理架构，在面对复杂多变的分子动力学模拟时，计算效率明显低下，难以满足现代药物研发对速度与准确性的极致追求。这不仅限制了药物设计的广度和深度，也延缓了药物研发的进程，增加了新药上市的时间成本。
二、项目需求
某制药科技公司正在进行一项针对新型抗生素的研发项目。该项目的目标是通过分子动力学模拟，筛选出具有潜在抗菌活性的化合物，并优化其结构，以提高药物的效力和降低副作用。项目的主要需求包括：
1. 分子动力学模拟加速：需提供利用 GPU 的并行计算，以提高了分子动力学模拟的速度，使得研究者能够快速探索更广泛的分子结构和更长的时间尺度，加深对药物-靶点相互作用机制的理解，加速药物候选物的筛选和优化。
2. 深度学习与 AI 模型的训练：需提供利用 GPU 加速的机器学习算法，研究者能从海量的生物医学数据中挖掘出隐藏的模式和关联，预测药物活性、副作用和药代动力学特性，为药物研发中的数据驱动模型提供了强大的支持。
3. 大规模数据存储：药物研发涉及大量复杂的数据集，包括基因组学、蛋白质组学和临床试验数据等。GPU 的高性能并行计算，能够高效处理这些大规模数据，加速数据清洗、预处理和分析流程，为药物研发提供更全面、更精准的数据洞察。
4. 跨领域合作与知识整合：需促进了药物研发与其他科学领域的深度融合，如计算化学、生物信息学和临床医学等。通过共享 GPU 计算资源，不同领域的研究者能够协同工作，加速知识的整合与创新，共同推动药物研发的前沿进展。
三、解决方案
为满足项目需求，容天为制药科技公司提供了基于 GPU 的高性能并行计算解决方案。该方案包括：
整体方案框架
1. Omnisky 并行运算集群：构建由 8 台配备 NVIDIA 高性能 HGX H20 8-GPU 模组的服务器组成的超级计算集群，能够并行处理大规模的分子动力学模拟，显著提升模拟速度与精度。研究者能够快速探索复杂分子系统的动力学行为，深入理解药物分子与靶点之间的相互作用机制，从而加速药物设计与优化过程。并且加速训练复杂的神经网络模型，如用于药物活性预测、副作用评估和药代动力学特性分析的深度学习模型，从而显著提升药物筛选的效率与准确性。
2. 集群管理软件：容天 Omnisky MLOps 集群管理平台，不仅显著提升了计算效率和资源管理能力，还促进了科研创新和跨学科合作。加速了药物研发进程、降低研发成本和提高研发成功率的关键技术支撑。通过智能调度、自动化管理、加速计算任务、优化成本、确保安全性和促进合作。
3. 高性能存储：保障药物研发中涉及大量复杂的数据集，包括基因组学、蛋白质组学和临床试验数据等数据的有效存储，容天高性能集群采用高速的存储系统，搭载高性能分布式文件存储系统 ，采用全 NVMe SSD、InfiniBand 网络，单节点最大 22 块 U.2 NVME 数据硬盘，即使任意一个节点发生故障或任意一块硬盘出现问题，数据依然能够得到安全保障，不会发生丢失。可按节点数进行扩容。保障数据的存储传输速率，为药物研发提供更全面、更精准的数据洞察 。
四、客户价值
1. 显著提高模拟速度：与传统的基于 CPU 的计算方法相比，GPU 加速的方案将分子动力学模拟速度提高了数十倍，原本需要数月才能完成的模拟计算，现在仅需数周甚至更短的时间。
2. 提高药物设计的准确性和效率：GPU 加速的分子动力学模拟能够提供更准确的药物分子与靶点相互作用的预测，帮助研究人员快速筛选出有潜力的化合物，并优化其结构，大大提高了药物设计的准确性和效率。
3. 加速药物研发周期：通过加速分子动力学模拟和药物筛选过程，GPU 加速的方案显著缩短了药物研发周期，降低了研发成本，提高了该制药科技公司的市场竞争力。
