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近日，國際超級計算大會SC21正式公布全球最新IO500榜單。附屬瑞金醫(yī)院轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)大科學(xué)設(shè)施建設(shè)的大數(shù)據(jù)平臺ASTRA，在代表全球頂尖數(shù)據(jù)存儲性能的IO500全球榜單上，獲得全球第八。據(jù)悉，該榜單上強(qiáng)手如林，包括了華為、intel、谷歌等國際大公司以及鵬城實(shí)驗(yàn)室、阿貢國家實(shí)驗(yàn)室、廣州、長沙等國內(nèi)外國家級超算中心巨頭。

IO500 10-node 效能榜：https://io500.org/list/sc21/ten)

轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)大科學(xué)設(shè)施是首次參評的醫(yī)療機(jī)構(gòu)，該平臺由瑞金醫(yī)院同仁和intel工程師一起經(jīng)過近半年的準(zhǔn)備和技術(shù)反復(fù)優(yōu)化，最終提交評測。

目前在AI和大數(shù)據(jù)向各行各業(yè)滲透，元宇宙概念方興未艾的時代背景下，算力和存儲性能是評價超算平臺尤為重要的兩個指標(biāo)，如果說算力是車的話，存儲就是路，好車需要有好路，而在生信領(lǐng)域組學(xué)數(shù)據(jù)容量巨大的環(huán)境下更是如此。

轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)大科學(xué)設(shè)施研究員呂綱說，轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)大科學(xué)設(shè)施的ASTRA平臺是醫(yī)學(xué)生信領(lǐng)域第一臺能在存儲性能上沖進(jìn)全球榜單前十名的高性能生信大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，從存儲性能上打破了生信行業(yè)的天花板，隨著高性能計算技術(shù)與醫(yī)學(xué)研究的融合，高效的存儲技術(shù)會對未來生信分析和AI技術(shù)在臨床的應(yīng)用帶來重要的推動作用。

項(xiàng)目由瑞金醫(yī)院國家轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中心生信大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)完成，此次研究團(tuán)隊(duì)成員包括生信大數(shù)據(jù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人方海、共同負(fù)責(zé)人呂綱以及徐敏、代雨婷、喬妞、郜晨序、桂團(tuán)團(tuán)、王學(xué)龍、包超慧等共同完成，由呂綱領(lǐng)銜完成項(xiàng)目實(shí)施，該項(xiàng)工作得到了國家轉(zhuǎn)化中心主任陳賽娟院士的關(guān)鍵性指導(dǎo)，以及瑞金醫(yī)院院領(lǐng)導(dǎo)的大力支持。

ASTRA平臺

ASTRA平臺隸屬于轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施（上海）生信大數(shù)據(jù)平臺。轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施（上海）是“十二五”期間國家重點(diǎn)規(guī)劃的16項(xiàng)重大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一，于2013年7月經(jīng)國家發(fā)展和改革委員會正式批準(zhǔn)建設(shè)，是我國在生物醫(yī)藥領(lǐng)域第一家國家級大設(shè)施。上海交通大學(xué)和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院為大設(shè)施兩大建設(shè)主體。

生物標(biāo)記物和新藥研發(fā)平臺是轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)支撐系統(tǒng)的重要組成之一。其目標(biāo)是建立致力于提供系統(tǒng)鑒定用于疾病早期診斷、預(yù)防、分子分型和指導(dǎo)個體化治療的生物標(biāo)記物的平臺，并圍繞臨床實(shí)踐建立系統(tǒng)篩選與驗(yàn)證干預(yù)疾病的藥物靶點(diǎn)及研發(fā)新型靶向治療方法的平臺，為新型疾病診療研發(fā)開辟一條快捷的新途徑。

生信大數(shù)據(jù)平臺對生物標(biāo)記物和新藥研發(fā)提供“生信”及“計算”基礎(chǔ)，包括生信分析、算力支撐、數(shù)據(jù)存儲等，主要將圍繞基因組測序、轉(zhuǎn)錄組測序、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)、藥物篩選等各種先進(jìn)組學(xué)檢測技術(shù)與平臺,緊密結(jié)合各種患者生理生化指標(biāo)，組織病理檢查、器官影像檢查、家族遺傳背景、疾病歷史診療信息等形成多維度的數(shù)據(jù)流,然后通過各種生物信息學(xué)手段進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的綜合分析和挖掘，提供與疾病診斷和治療相關(guān)的遺傳和臨床信息。待形成特征數(shù)據(jù)，再通過機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)和人工智能算法整合特征數(shù)據(jù)與臨床診療的方案，從而形成真正意義上的精準(zhǔn)分析、輔助診斷和個性化醫(yī)療。在運(yùn)行過程中，對豐富的臨床診療和組學(xué)科研數(shù)據(jù)進(jìn)行有機(jī)存儲，提供包括各種相關(guān)數(shù)據(jù)檢索、統(tǒng)計分析、圖形化呈現(xiàn)在內(nèi)的大規(guī)模數(shù)據(jù)挖掘能力，支持轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的醫(yī)療、科研人員進(jìn)行總結(jié)和探索性的科研工作。

生信大數(shù)據(jù)平臺的關(guān)鍵性性能

在轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的背景下，生信大數(shù)據(jù)平臺采取了定制化的高性能計算平臺技術(shù)思路，為生信計算的“存”“傳”“算”“用”四個方面（即：數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析計算和數(shù)據(jù)的整合應(yīng)用）量身定制。包括了圍繞數(shù)據(jù)的全生命周期建立組學(xué)原始數(shù)據(jù)的高效存儲和讀出技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲跨廣域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、高效的并行計算體系和前沿的數(shù)據(jù)計算方法以及數(shù)據(jù)計算結(jié)合的跨組學(xué)整合、數(shù)據(jù)建模評估方法和形成對臨床科研上的應(yīng)用。為了適應(yīng)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中心對數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)分析多層次復(fù)合型的需求，大數(shù)據(jù)分析平臺的架構(gòu)需要具有適合大規(guī)模計算，數(shù)據(jù)挖掘，支持橫向擴(kuò)展和跨平臺移植等特性。

生信大數(shù)據(jù)核心硬件平臺主要包括液冷計算節(jié)點(diǎn)和融合計算節(jié)點(diǎn)，計算系統(tǒng)擁有高性能cascade lake計算核心超過4160核，雙精度計算能力超900萬億次以及目前AI計算能力最強(qiáng)的服務(wù)器DGX-A100等GPU計算節(jié)點(diǎn)，AI計算能力超15Peta AI Flops，以及云服務(wù)器節(jié)點(diǎn)與多路胖節(jié)點(diǎn)等。系統(tǒng)采用200Gb HDR inifiniband高速核心計算網(wǎng)絡(luò)。存儲系統(tǒng)采用分層的高速分布式并行文件系統(tǒng)與超高速異步對象存儲構(gòu)成，存儲容量為10PB，兼顧容量和性能，提供充足的數(shù)據(jù)存儲資源和計算資源來支撐各種多組學(xué)研究計算需求，數(shù)據(jù)能與國內(nèi)國際研究社區(qū)進(jìn)行有效互聯(lián)互通，有效整合；

生信大數(shù)據(jù)平臺的支撐作用

5月20日，《自然》雜志在線發(fā)表了一篇來自上海市公共衛(wèi)生臨床中心與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施（上海）以及瑞金醫(yī)院等單位合作研究的題為《與新冠臨床結(jié)果相關(guān)的病毒和宿主因素》的論文，對上海市公共衛(wèi)生臨床中心在2020年1月20日-2月25日期間收治的326例患者，進(jìn)行了病毒基因組、臨床表現(xiàn)特點(diǎn)、免疫反應(yīng)改變等數(shù)據(jù)的全面深度分析。揭示了新型冠狀病毒性肺炎的分子流行病學(xué)和臨床表現(xiàn)特征，尤其是發(fā)現(xiàn)了向重癥轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵預(yù)警因子。這其中從1月27日收到第一例測序樣本到完成基因組組裝和臨床數(shù)據(jù)分析、向國際數(shù)據(jù)庫遞交了112個病例的SARS-CoV-2基因組高質(zhì)量序列數(shù)據(jù)，以及文章撰寫提交等只用了短短45天時間，這其中2020年1月剛剛上線ASTRA平臺提供了強(qiáng)勁的算力和存儲支撐、可謂功不可沒。

此外在新冠研究過程中建立了具有重要公共衛(wèi)生安全意義的應(yīng)用算法平臺，對國家疾病防控研究有所助益。

該平臺目前開設(shè)了對外服務(wù)，主要包含三類：

1、計算類服務(wù)：主要包括并行計算服務(wù)、虛擬化計算服務(wù)、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)歸檔等；

2、組學(xué)通用分析服務(wù)：WES/WGS分析、RNAseq轉(zhuǎn)錄組分析、單細(xì)胞數(shù)據(jù)分析、病原微生物數(shù)據(jù)分析等；

3、大數(shù)據(jù)服務(wù)：數(shù)據(jù)采集、清洗、AI數(shù)據(jù)標(biāo)注、AI建模、AI數(shù)據(jù)推理等；

4、組學(xué)深層解析：主要包括多組學(xué)數(shù)據(jù)二維聚類分析、多組學(xué)數(shù)據(jù)整合分析、潛在治療靶點(diǎn)預(yù)測分析等。

IO500是高性能計算領(lǐng)域針對存儲性能評測的全球排行榜，是高性能計算領(lǐng)域最權(quán)威的榜單之一。超算系統(tǒng)包括計算系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)。TOP500是針對計算系統(tǒng)算力性能排名，而IO500主要針對存儲系統(tǒng)性能進(jìn)行排名。自2017年11月開始，每年IO500榜單會在高性能計算領(lǐng)域的頂級會議——美國的Supercomputing Conference（SC，全球超級計算大會）和德國的International Supercomputing Conference（ISC，國際超級計算大會）大會上發(fā)布。自提出以來已經(jīng)得到了包括大學(xué)、國家實(shí)驗(yàn)室在內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)和商業(yè)公司的廣泛公認(rèn)。最新的榜單已與11月18日在2021年國際超算大會（SC21）公布。

IO500測試為了全面反應(yīng)存儲在各類不同工作狀態(tài)中的性能，通過模擬應(yīng)用需要的不同IO模型，來考察數(shù)據(jù)帶寬(GIB/s)和元數(shù)據(jù)(KIOP/S)兩個關(guān)鍵維度的性能表現(xiàn)，各項(xiàng)分?jǐn)?shù)取幾何平均后得到總分。與Top500榜單相對平穩(wěn)的排名和趨勢相比，IO500榜單的競爭顯得異常激烈。IO500包括總榜單及10節(jié)點(diǎn)榜單兩大類別。其中，10節(jié)點(diǎn)榜單統(tǒng)一了客戶機(jī)的規(guī)模，也更接近于日常使用的狀態(tài)，更能反映存儲系統(tǒng)可為實(shí)際程序提供的I/O性能的效率，參考價值更高。