作者簡介：何金池是 IBM 大中華區(qū)科技事業(yè)部資深架構(gòu)師，著有《Kubeflow：云計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)的橋梁》和《大數(shù)據(jù)處理之道》等書，是 Kubeflow、Tekton多個(gè)開源社區(qū)的 Maintainer，親自參與了 IBM 多款產(chǎn)品的研發(fā)，是人工智能、分布式計(jì)算、大數(shù)據(jù)處理和云原生等相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的專家。
背景
隨著基因測序技術(shù)的突破、蛋白質(zhì)組學(xué)，分子動(dòng)力學(xué)研究的深入以及 AI 技術(shù)的崛起，生命科學(xué)與生物制藥領(lǐng)域正經(jīng)歷前所未有的變革。然而，這一進(jìn)程也面臨一些嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，比如海量數(shù)據(jù)的處理，單次全基因組測序產(chǎn)生超過 200GB 數(shù)據(jù)，蛋白質(zhì)分子動(dòng)力學(xué)模擬需百萬級(jí)計(jì)算步驟。AI 驅(qū)動(dòng)的藥物篩選、基因編輯效率預(yù)測等任務(wù)依賴高性能計(jì)算(HPC)與 GPU 加速，傳統(tǒng)計(jì)算集群存在資源利用率低、任務(wù)調(diào)度低效、多平臺(tái)數(shù)據(jù)割裂等問題。
如何高效整合算力資源、加速科學(xué)探索呢?IBM Spectrum LSF 作為企業(yè)級(jí) HPC 作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)，正在成為破局的關(guān)鍵。
IBM LSF：生命科學(xué)領(lǐng)域的“智能計(jì)算中樞”
IBM LSF 是一款企業(yè)級(jí)分布式作業(yè)調(diào)度平臺(tái)，其核心價(jià)值在于：
1、資源優(yōu)化：動(dòng)態(tài)分配 CPU、GPU 和內(nèi)存資源，最大化硬件利用率。
2、任務(wù)智能調(diào)度：支持優(yōu)先級(jí)隊(duì)列、搶占式任務(wù)分配，確保關(guān)鍵任務(wù)(如緊急藥物虛擬篩選)優(yōu)先完成。
3、多軟件生態(tài)集成：與主流生命科學(xué)工具無縫對(duì)接，形成端到端的計(jì)算解決方案。
在生命科學(xué)和生物制藥領(lǐng)域，LSF 可以和業(yè)界諸多知名的軟件和工具無縫集成，比如基因與蛋白質(zhì)分析領(lǐng)域的 BLAST、HMMER 和 GROMACS 等，以及新藥研發(fā)方面的 Schrödinger、AutoDock 和 OpenMM 等工具。LSF 可以直接調(diào)度這些工具的作業(yè)，助力解決資源利用率低、任務(wù)調(diào)度復(fù)雜和結(jié)果管理困難等問題，顯著提升了研究效率和數(shù)據(jù)分析能力。LSF 在生命科學(xué)和生物制藥領(lǐng)域應(yīng)用場景非常廣泛。
經(jīng)典案例：LSF 加速 AI 賦能的抗腫瘤藥物研發(fā)
痛點(diǎn)與挑戰(zhàn)
某大型生物信息學(xué)研究機(jī)構(gòu)(以下簡稱“客戶”)致力于基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)研究，日常需要處理大量的生物序列數(shù)據(jù)?？蛻羰褂?BLAS 進(jìn)行序列比對(duì)和分析，但隨著數(shù)據(jù)量的增加，BLAST任務(wù)需要大量的 CPU 和內(nèi)存資源，但客戶的計(jì)算資源分散且利用率低，無法滿足高效處理需求。另外，BLAST 任務(wù)種類繁多，包括 BLASTN、BLASTP 等，手動(dòng)調(diào)度任務(wù)耗時(shí)且容易出錯(cuò)。還有 BLAST 生成的比對(duì)結(jié)果文件分散存儲(chǔ)、缺乏統(tǒng)一管理，導(dǎo)致數(shù)據(jù)檢索和分析效率低下等問題。
解決方案
客戶引入了LSF作業(yè)管理系統(tǒng)，并與 BLAST 進(jìn)行集成，通過 LSF 將分散的計(jì)算資源整合為一個(gè)集群，統(tǒng)一管理和調(diào)度 CPU、內(nèi)存等資源，確保 BLAST 任務(wù)高效運(yùn)行。使用 LSF 提交 BLAST 任務(wù)，支持多種 BLAST 模式(如 BLASTN、BLASTP)和參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)任務(wù)自動(dòng)化調(diào)度。LSF 將 BLAST 任務(wù)的輸出文件集中存儲(chǔ)，并通過 LSF 命令和瀏覽器界面實(shí)時(shí)監(jiān)控任務(wù)狀態(tài)和歷史記錄，方便數(shù)據(jù)檢索和分析。
實(shí)施效果
LSF 的資源調(diào)度功能使 BLAST 任務(wù)的平均完成時(shí)間縮短了 60%，CPU 利用率從 30% 提升至 80%。通過 LSF 的自動(dòng)化調(diào)度功能，客戶減少了 90% 的手動(dòng)操作時(shí)間，任務(wù)錯(cuò)誤率顯著降低。統(tǒng)一的輸出文件管理和實(shí)時(shí)監(jiān)控功能使數(shù)據(jù)檢索和分析效率提高了 50%，為研究提供了更強(qiáng)支持。
結(jié)語
從基因解碼到 AI 制藥，從蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)到精準(zhǔn)診療，IBM LSF 正在成為生命科學(xué)創(chuàng)新的“隱形基石”，曾在新冠疫苗的研發(fā)中，幫助相關(guān)企業(yè)極大的提高的研發(fā)效率。同時(shí)，LSF 的應(yīng)用領(lǐng)域正不斷擴(kuò)展，已被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體 EDA 仿真作業(yè)、CAE 工程仿真、氣象預(yù)測與氣候建模等高復(fù)雜度計(jì)算場景，展現(xiàn)了其在跨行業(yè)高性能計(jì)算中的卓越適應(yīng)性與價(jià)值。它不僅解決了當(dāng)下算力資源管理的痛點(diǎn)，更通過開放架構(gòu)與 AI 融合，為行業(yè)描繪了一個(gè)“智能計(jì)算即服務(wù)”的未來圖景。
（來源：IBM中國）
