1895年11月8日，世界上诞生了第一张X射线图像，从此开启了现代生命科学领域的研究。
2017年10月4日，颁布了一项被“调侃”为“授予物理学家的化学奖以奖励他们对生物领域的杰出贡献”的诺贝尔奖，冷冻电子显微进入了大众的视野，生物分子的结构也因此被观察得更为细致。
湖北大学，湖北省省属重点综合性大学，“国内一流大学建设高校”。响应生物科学及药物研发等国家重大关键技术需求，建设省部共建生物催化与酶工程实验室，在生命科学领域开展应用基础研究，以满足国家生物产业发展的重大需要，推动我国从生物技术大国向生物技术强国转变，为国家“两型”社会建设和可持续发展提供坚实的科技支撑。
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生命科学研究困难重重
挑战不止“双十定律”
目前综合交叉学科领域，普遍存在着较大的困难和瓶颈。以药物研发为例，新药研发是一项风险大、周期长、成本高的工作，制药领域一直流传着“双十定律“的说法，即一款新药研发至少需要耗时十年、耗资十亿美金。
不仅仅是创新药，整个生命科学领域的研究进展都是十分不易的。湖北大学积极引进冷冻电镜设备，采用样品冷冻——低剂量电子断层扫描——三维重构的技术，开展生命科学基础研究。
然而，冷冻电镜目前在科研方向的挑战也有很多。在整个流程中，图像处理、三维重构是非常核心的步骤，对计算和存储的需求非常高。
比如在湖北大学冷冻电镜项目中：利用冷冻电镜技术获取可见的二维图片，当专业的应用软件进行单颗粒图片处理时，需要海量的GPU算力资源，对于底层计算性能以及数据读写的性能都有着严格的需求。
对于冷冻电镜这样的仪器设备，面向生命科学领域研究，平均每分钟就能产生5-6张Image Stack图像数据，按照24小时不间断地工作计算，每天会产生超过数TB的数据，这对于存储容量的要求就会很高。
湖北大学教授团队更希望将精力和时间投入专业的生命科学领域，如何用好超算体系去为生命科学做服务，简化运维，加速研发，也是该项目的一大重要诉求。
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澎湃算力加持
冷冻电镜不再“高不可攀”
浪潮信息对整个冷冻电镜数据处理流程以及每个流程不同的特点，进行深入考量和理解，利用数字化手段赋能生命科学领域研究。
经考察，在冷冻电镜产生数据之初，样品会因各种原因发生运动。在MotionCor软件中，进行GCTF和motion矫正这些问题是数据处理的第一步。通过对motion进程的耗时分析，发现这个过程是一个串行任务，需要一定的CPU来支撑，因此，采用通用计算节点NF5280作为用户预处理环节，处理图片的速度可以同步图片产生的速度。
接下来数据进入到单颗粒三维重构计算阶段，数据经过预处理之后会缩小到几百兆大小，采用RELION应用软件将冷冻电镜图像转变为精细的分子结构，从二维投影数据到三维模型重构、优化是一个循环迭代的过程，需要大量的计算时间，此时需要对百万级海量小文件进行并行图形计算。针对这一特点，浪潮信息为湖北大学提供极致弹性的5468M6作为GPU计算节点，最大化发挥单节点计算速度。
要保证强大的计算资源得以最大化被利用，也需要性能优越的存储资源。方案提供36盘位存储节点，与现有设备组成并行存储系统。整合的存储池可为客户提供PB级存储容量，并支持多种存储介质和协议，轻松应对冷冻电镜场景下爆发式读写操作及海量非结构化数据对存储产生的压力。
该解决方案不仅为冷冻电镜系统提供计算、存储等资源层服务，同时提供资源管理、资源调度等平台层服务。
为了保证智能化运维的需求，采用NF5280作为集群管理节点，部署浪潮信息计算集群软件Cluster Engine将现有硬件设备与新增节点统一纳管，对整个集群资源实现全面的监控，强大灵活的集群调度能力，能够有效帮助实验室实现精细化运营和差异化管理。未来，湖北大学冷冻电镜的应用研究会面向多领域、多分支，学校可以通过高效、兼容的Cluster Engine扩建集群，简化了资源添加的复杂过程，同时还可以对集群进行全面、准确的性能分析。
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