随着基因测序技术的突破、蛋白质组学,分子动力学研究的深入以及AI技术的崛起,生命科学与生物制药领域正经历前所未有的变革。然而,这一进程也面临一些严峻挑战,比如海量数据的处理,单次全基因组测序产生超过200GB数据,蛋白质分子动力学模拟需百万级计算步骤。AI驱动的药物筛选、基因编辑效率预测等任务依赖高性能计算(HPC)与GPU加速,传统计算集群存在资源利用率低、任务调度低效、多平台数据割裂等问题。
如何高效整合算力资源、加速科学探索呢?IBM Spectrum LSF作为企业级HPC作业调度系统,正在成为破局的关键。
IBM LSF:生命科学领域的“智能计算中枢”
IBM LSF是一款企业级分布式作业调度平台,其核心价值在于:
1.资源优化:动态分配CPU、GPU和内存资源,化硬件利用率。
2.任务智能调度:支持优先级队列、抢占式任务分配,确保关键任务(如紧急药物虚拟筛选)优先完成。
3.多软件生态集成:与主流生命科学工具无缝对接,形成端到端的计算解决方案。

在生命科学和生物制药领域,LSF可以和业界诸多的软件和工具无缝集成,比如基因与蛋白质分析领域的BLAST、HMMER和GROMACS等,以及新药研发方面的Schrdinger、AutoDock和OpenMM等工具。LSF可以直接调度这些工具的作业,助力解决资源利用率低、任务调度复杂和结果管理困难等问题,显著提升了研究效率和数据分析能力。LSF在生命科学和生物制药领域应用场景非常广泛。

经典:LSF加速AI赋能的抗肿瘤药物研发
痛点与挑战
某大型生物信息学研究机构(以下简称“客户”)致力于基因组学和蛋白质组学研究,日常需要处理大量的生物序列数据。客户使用BLAST进行序列比对和分析,但随着数据量的增加,BLAST任务需要大量的CPU和内存资源,但客户的计算资源分散且利用率低,无法满足高效处理需求。另外,BLAST任务种类繁多,包括BLASTN、BLASTP等,手动调度任务耗时且容易出错。还有BLAST生成的比对结果文件分散存储、缺乏统一管理,导致数据检索和分析效率低下等问题。
解决方案
客户引入了LSF作业管理系统,并与BLAST进行集成,通过LSF将分散的计算资源整合为一个集群,统一管理和调度CPU、内存等资源,确保BLAST任务高效运行。使用LSF提交BLAST任务,支持多种BLAST模式(如BLASTN、BLASTP)和参数设置,实现任务自动化调度。LSF将BLAST任务的输出文件集中存储,并通过LSF命令和浏览器界面实时监控任务状态和历史记录,方便数据检索和分析。

实施效果
LSF的资源调度功能使BLAST任务的平均完成时间缩短了60%,CPU利用率从30%提升至80%。通过LSF的自动化调度功能,客户减少了90%的手动操作时间,任务错误率显著降低。统一的输出文件管理和实时监控功能使数据检索和分析效率提高了50%,为研究提供了更强支持。
结语
从基因解码到AI制药,从蛋白质设计到精准诊疗,IBM LSF正在成为生命科学创新的“隐形基石”,曾在新冠疫苗的研发中,帮助相关企业极大的提高的研发效率。同时,LSF的应用领域正不断扩展,已被广泛应用于半导体EDA仿真作业、CAE工程仿真、气象预测与气候建模等高复杂度计算场景,展现了其在跨行业高性能计算中的卓越适应性与价值。它不仅解决了当下算力资源管理的痛点,更通过开放架构与AI融合,为行业描绘了一个“智能计算即服务”的未来图景。
作者简介:何金池是IBM大中华区科技事业部资深架构师,著有《Kubeflow:云计算和机器学习的桥梁》和《大数据处理之道》等书,是Kubeflow、Tekton多个开源社区的Maintainer,亲自参与了IBM多款产品的研发,是人工智能、分布式计算、大数据处理和云原生等相关技术和产品的。