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快速破译基因密码 百年华西为科研安装“超级引擎”

【发布时间:2022-05-19】

解决方案:云数智融合解决方案

产品:基于AMD EPYC处理器的H3C UniServer R5500 G5服务器

患者:什么是分子靶向治疗?对癌症治疗有什么好处?

医生:分子靶向治疗是在细胞分子水平上,针对已经明确的致癌位点 “量体裁衣”地设计治疗方案,让药物只作用于致癌位点,而不会损伤或少损伤正常的组织细胞。好处是精准,效率高,起效快。

患者:为什么进行靶向治疗前要做基因检测?

医生:靶向药物效果虽然好,但并非人人都有效,因此需要通过基因检测先分析出患者哪些基因发生了突变、缺失、重复或损坏,才能确定“靶点”,制定出精准的治疗方向。

随着精准医学时代的到来,这样的对话越来越多的发生在医患之间。精准医学开始普及的一个关键转折点是基因测序技术的不断提高和成本快速下降,目前人类全基因组的测序成本已经从最初的30亿美金骤降到低于300美金,这直接推动了基因研究和应用的快速发展。尤其是在医疗领域,从基础研究到药物研制,从肿瘤的个体化诊断及治疗(早期筛查、分子分型、用药指导、预后检测)到遗传病的筛查,从生殖健康(无创产前筛查、植入前胚胎遗传学检测、新生儿遗传代谢检测)到疫苗的研发,基因测序技术的作用日益凸显,为精准医疗和个性化医疗带来众多革命性的创新。

在科研方面连续11年位居榜首的华西医院高度重视对基因测序技术的应用,就在最近与新华三合作,基于搭载8块NVIDIA A100 GPU和2颗AMD EPYC 7742(64核、2.25GHz主频)处理器的H3C UniServer R5500 G5人工智能服务器,整合先进的软件和算法,打造出性能强大的超级计算平台,为数十个科学家团队提供包括胚系变异检测、体细胞变异检测等场景的的算力服务,全力支持科学家团队的科研工作,加速助力医学成果的转化。

兼顾效率与成本,打造可持续发展的基因测序平台

四川大学华西医院久负盛名,是世界规模第一的综合性单点医院。科研能力强是华西医院的一个突出优势,作为国家重要的医学科研和技术创新基地,华西医院在中国最佳医院排行榜(复旦版)的科研得分上连续11年名列全国第一。在Nature INDEX排行榜上,华西医院名列全球第二十位,中国第一位。随着全国首个生物治疗转化医学国家重大科技基础设施——华西医院转化医学综合楼于今年正式启用,华西医院的医疗科研又迈上了一个新台阶,与精准医学和个体化治疗相关的科学研究将全面加速。

基因测序和分析是华西医院科研链条上的重要环节,为了进一步提升基因测序的效率,华西医院决定在已有全球领先的基因测序平台上,配合精准医学数据平台的建设,侧重于利用“超多核CPU+GPU”的强大算力,打造超级计算平台,为与胚系变异检测、体细胞变异检测等基因分析有关的科研活动提供强力支撑。华西医院重点提出,平台的建设需要兼顾效率和成本,既要能够立竿见影地显著提升基因测序和分析能力,同时还要控制好建设成本,提高资金的使用效率和平台建设的延续性,以可持续性的方式助力各项科研工作的开展。在平台建设合作伙伴的选择上,华西医院要求选择综合实力强的供应商,要拥有丰富的信息化建设经验,能够配合医院的整体发展战略提供完整的解决方案、全面的服务和长期的技术支持。

成熟先进 | 具有明显的性价比优势

经过对比,华西医院最终携手新华三,采用4台搭载8块NVIDIA A100 GPU和2颗AMD EPYC 7742(一共128个核心、256个线程)处理器的H3C UniServer R5500 G5人工智能服务器,打造超级计算平台。华西医院之所以选择新华三解决方案,是因为在满足性能指标要求的前提下,新华三的解决方案对硬件组件、软件环境和管理平台进行了全面整合,技术先进,成熟度高,能够显著提高基因测序的效率,并且具有明显的性价比优势。

H3C UniServer R5500 G5服务器

首先,方案的核心设备R5500 G5服务器是进行海量数据并行处理的理想平台,它在支持异构计算方面具有突出优势,支持NVIDIA HGX A100 8-GPU模组,是首批入选英伟达认证系统的服务器机型之一,获得了英伟达整个软件堆栈的企业级支持,包括对开源代码的支持。其次,新华三在方案调优和部署方面具有过硬的“软实力”,无论是对操作系统、应用系统、函数库和编译器等软环境进行安装和调适,还是对GPU进行驱动和优化,均能满足华西医院的各种要求。最后,新华三拥有丰富的行业部署经验和成熟的生态体系,能够为华西医院量身定制各种所需服务。这种整合度高和服务完善的解决方案能够帮助华西医院节省大量的时间和精力,基于H3C UniServer R5500 G5搭建的超级计算平台性能强大、先进成熟,可以满足华西医院兼顾效率和成本的要求。在提供服务和技术支持方面,新华三拥有专门的技术实验室,能够根据医院的需求在实验室中对超级计算平台的软硬件环境进行各种预装、测试和调优,可以帮助医院节省精力并消除各种潜在的问题。

与普通应用系统相比,超级计算平台涉及的组件较多,采用了大量的最新技术,部署难度大。但是,新华三的技术团队无论是在服务器的配置和调优、高速网络环境的搭建上、还是在操作系统、应用环境、资源库、函数库和算法等的安装部署以及培训课程和学习框架的提供,均很好地满足了华西医院科研团队和IT团队的要求,展现出了过硬的整体实力。

提速超过100倍 | 为科研计算提供“超级引擎”

一直以来,基因组分析都是测序流程中的计算瓶颈,而使用GPU加速则可以突破这一瓶颈。新华三的超级计算平台结合使用AMD EPYC 7742的多核心计算能力和NVIDIA A100 GPU强大的并行分析能力,并部署了赛乐基因公司提供的BaseNumber DNA基因测序系统软件,三大核心组件珠联璧合,能够爆发出惊人的计算能力,堪称是科研计算的“超级引擎”。

具体来说,在硬件层面,AMD EPYC 7742处理器采用行业领先的7nm生产工艺,全新升级的Zen 2架构,拥有高达64个计算核心,率先支持PCIe 4.0,大幅提升了内存带宽,可提供200%性能提升和230%的内核数量提升。NVIDIA DGX A100 GPU 则拥有惊人的6912个CUDA核心外加432个Tensor 核心,并支持全新的多实例GPU特性,可将单颗GPU最多分割成7个GPU实例,每个GPU实例可运行不同应用,极大提升了GPU的资源利用率。AMD EPYC 7742处理器与NVIDIA A100 GPU的搭配使用,能够充分利用二者的算力,发挥出最大化的效能;在软件层面,赛乐基因公司的BaseNumber DNA基因测序系统软件针对基因数据的特点,对GATK流程进行了深度重构,极大提升了分析速度和分析结果的准确性。该软件可以充分利用GPU和CPU的算力,能将一个30X的人类全基因组分析运行时间,从传统的“CPU服务器+开源软件”方案所需的将近24小时缩短到12分钟,提速超过100倍。

整个平台拥有强大并行计算能力的GPU可以明显提升基因分析的效率,而为了保证GPU的数据供应,需要强大的处理器提供尽可能多的处理核心和PCI通道。为此,华西医院首次引入H3C UniServer R5500 G5服务器,来充分发挥GPU的价值,这个超级计算平台将为华西医院的科学研究注入强大的动力,帮助科学家团队获得更多的突破性成果,推动精准医学取得更多的创新。

基因研究已经进入全面爆发的关键时期,提高基因数据的分析能力与优化数据分析平台的建设成本,是医疗机构开展高质量基因研究的两大关键因素。谁能够紧密结合应用,引入先进的、针对性强的硬件设备和应用软件,充分发挥整体解决方案的优势,以及谁能提高资金的利用率,避免不必要的开支,提高计算平台的可持续发展能力,谁就能更好地支持业务和研究的开展,为长期的基因研究铺平道路。在这方面,新华三紧扣华西医院的核心需求,基于自身在平台建设、服务交付和生态合作方面的丰富技术积累和行业实践经验,为华西医院提供了高度整合的整体HPC解决方案,不仅围绕核心服务器设备配置了先进的CPU+GPU、高容量的内存、高速的存储系统和低延迟的Infiniband与以太网架构,更是结合华西医院的科研方向整合了业内领先的赛乐基因 BaseNumber 基因数据分析 GPU 加速方案,并对HPC平台所涉及的操作系统、应用环境、管理工具、资源库、函数库和算法等所有环节提供了全栈式的服务和技术支持。总的来说,新华三的HPC整体解决方案整合度高、深度契合华西医院的应用需求,并且能够帮助华西医院优化多项不必要的开支。这种性能强大、技术先进、成熟度高且价格“亲民”的整体解决方案无疑能够让华西医院更有底气地推进科研事业,发挥其在在多模态组学数据分析和基因应用等领域的学术优势,加速精准医疗大数据在医学上的广泛应用。

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