基于NVIDIA開發(fā)開源程序在Azure云中使用GPU

Anshuman Kumar 正在逐漸突破技術(shù)局限，以破解冠狀病毒的秘密。

他和加州大學(xué)河濱分校（UCR）的同事們想要以一種前所未有的規(guī)模來計(jì)算這種病毒的原子間相互作用。如果他們成功了，他們將看到病毒分子與藥物分子結(jié)合的過程，從而防止其感染健康細(xì)胞。

Kumar是UCR 團(tuán)隊(duì)的一員，該團(tuán)隊(duì)將量子力學(xué)的微觀世界提升到了一個(gè)新的水平。他們的目標(biāo)是測(cè)量所謂的“勢(shì)壘高度”，即與病毒蛋白質(zhì)（大約由5000個(gè)原子組成）發(fā)生相互作用所需的能量。

這領(lǐng)先于該領(lǐng)域最新技術(shù)的 10 倍以上，截至目前，該技術(shù)已經(jīng)計(jì)算出了由數(shù)百個(gè)原子組成的分子間的作用力。

助力抗新冠病毒藥物研究

這些關(guān)于如何通過原子力判斷病毒與中和分子（配體）結(jié)合的可能性的數(shù)據(jù)，可以幫助制藥公司找到預(yù)防新冠肺炎的藥物。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 Bryan Wong 是加州大學(xué)河濱分?；瘜W(xué)工程、材料科學(xué)和物理學(xué)副教授，他說：“牛頓力學(xué)并不適用于原子水平，因此必須使用揭露微觀層面自然運(yùn)作方式的量子力學(xué)。我們的目標(biāo)是借助部署在微軟 Azure 云中的 NVIDIA GPU 來快速、高效地進(jìn)行計(jì)算，從而加快我們的研究進(jìn)程?！?/p>

研究人員于4月下旬開始使用冠狀病毒上的一種蛋白質(zhì)進(jìn)行研究，該蛋白質(zhì)被認(rèn)為在感染健康細(xì)胞的過程中起著重要作用。他們現(xiàn)在正在完成一系列初步計(jì)算，每步計(jì)算最多需要10天。

研究的下一步是探索“勢(shì)壘高度”，它將涉及到更加復(fù)雜、更加耗時(shí)的計(jì)算。單就一個(gè)蛋白質(zhì)/配體對(duì)的研究時(shí)間可能需要五個(gè)星期。

在 Azure 云中使用 GPU

為了更快地推進(jìn)研究進(jìn)程，該團(tuán)隊(duì)通過 COVID-19 高性能計(jì)算聯(lián)盟獲得了 Microsoft AI 衛(wèi)生計(jì)劃的資助，包括在 Microsoft Azure 云上運(yùn)行高性能計(jì)算的許可以及 NVIDIA 的幫助。

Kumar 使用的是適用于科研項(xiàng)目的 GPU 加速版本，可以處理量子計(jì)算。它已經(jīng)在UCR 由 NVIDIA GPU 供能的本地簇上運(yùn)行，但是該團(tuán)隊(duì)希望“上云”，以將其運(yùn)行在 V100 Tensor Core GPU 上。

在不到一天的時(shí)間里，Kumar 在 NVIDIA 解決方案架構(gòu)師 Scott McMillan 的幫助下，通過 NVIDIA 創(chuàng)建和維護(hù)的開源工具 HPC Container Maker 將程序遷移到Azure。通過這個(gè)工具，用戶只需單擊幾下即可定義一個(gè)用于識(shí)別程序及其關(guān)鍵組件的容器，例如運(yùn)行環(huán)境和其他依賴項(xiàng)。

【配圖文字】Anshuman Kumar 使用了 NVIDIA 開發(fā)的開源程序，將 UCR 的軟件遷移到了部署在微軟 Azure 云中的最新GPU。

公司首席營(yíng)銷官 Shezaf 補(bǔ)充解釋，受海洋的陽(yáng)光照射、天氣狀況、擁擠的人群以及在海中正?；顒?dòng)的人（部分身體沒入海中）的影響，圖像訓(xùn)練過程并不容易。

鑒于研究人員以前從未使用過容器或云服務(wù)，這次成功遷移意義重大。

“只要確定了正確的庫(kù)和依賴項(xiàng)，這個(gè)過程就會(huì)變得非常順暢，因?yàn)楹罄m(xù)工作只剩下編寫腳本和構(gòu)建代碼映像，” Kumar 說， “與本地系統(tǒng)相比，部署在 Azure 上的 GPU 幫助我們提速了2-10倍。”

NVIDIA 在其中確保代碼使用的 CUDA 和 Magma 數(shù)學(xué)庫(kù)是最新版本，從而幫助微調(diào)性能。一位專員深入研究堆棧，以更新啟用多 GPU 縮放的進(jìn)程。

新隊(duì)友和吉祥物

最近，該團(tuán)隊(duì)在 UCR 發(fā)現(xiàn)了一個(gè)獨(dú)立的計(jì)算生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室，并由此得到意向不到的幫助。該實(shí)驗(yàn)室也獲得了 HPC 財(cái)團(tuán)用于支持新冠肺炎研究的撥款，實(shí)驗(yàn)室使用統(tǒng)計(jì)采樣技術(shù)觀察病毒與配體的結(jié)合過程，以增加原本很少發(fā)生的結(jié)合的發(fā)生頻率。

Wong說：“我之所以向他們伸出援助之手，是因?yàn)檫@次聯(lián)手可能派生出一個(gè)更好的項(xiàng)目。” 他補(bǔ)充說，“他們可以使用 Anshuman 設(shè)計(jì)的GPU代碼來改進(jìn)采樣工作?！?/p>

Kumar說：“我為自己能參與這項(xiàng)工作感到非常自豪，因?yàn)樗梢詭椭麄€(gè)世界。”

該團(tuán)隊(duì)最近還擁有了“吉祥物”。如今，每天都有一只大松鼠坐在Wong的辦公室窗外，團(tuán)隊(duì)稱它為 Billy，并視它為團(tuán)隊(duì)追求快速敏捷的最佳象征。

*封面圖中的彩色帶代表 Mpro 蛋白，這是一種被認(rèn)為在冠狀病毒的復(fù)制過程中起重要作用的蛋白。 紅色鏈代表與配體結(jié)合的生物分子。 （圖片由UCR提供。）