這場生物化學界跨世紀愛情長跑，浪漫到無法超越！

2017年10月4日

在瑞典皇家科學院商議下

最終決定將諾貝爾化學獎頒發給

Jacques Dubochet（University of Lausanne，Switzerland）

Joachim Frank（ColumbiaUniversity，New York，USA）

Richard Henderson（MRC Laboratory of MolecularBiology，Cambridge，UK）

以表彰他們對於冷凍電子顯微鏡技術研究發展所作出的貢獻

20世紀80年代，Jacques Dubochet成功將水玻璃化——通過特殊方法，將水進行迅速冷卻，使其無法結晶便固化在生物樣品周圍，使生物分子即使在真空中也可以保持其自然形狀。

1990年，Richard Henderson成功地使用電子顯微鏡來以原子分辨率產生蛋白質的三維圖像。

Joachim Frank則開發了一種圖像處理方法，對電子顯微鏡的模糊二維圖像進行分析和合併，合成出明顯可辨的三維結構。

由於他們的貢獻，冷凍電鏡技術得以基本成形。而從抗生素的蛋白質到新冠病毒滅活後的真實形貌，生物化學的爆炸性發展，均得益於冷凍電鏡與高性能計算的攜手。

有人說，高性能計算的浪漫在於如何設計最高性能算法和最高性能硬件來解決一個給定問題。

那麼我想說，冷凍電鏡的浪漫一定在於和高性能計算一起，以可視化圖像帶領我們走進微觀世界。

冷凍電鏡初窺RNA轉錄

Relion作為專門為冷凍電鏡設計的圖像處理軟件，採用經驗貝葉斯方法改進冷凍電鏡中的3D重建或2D類平均值，可通過冷凍電鏡數據的單顆粒分析來優化大分子結構，具有很好的性能和易用性，受到廣泛關注。然而巨大的算力需求量，大大限制了Relion的應用。

第三代英特爾至強可擴展處理器作為英特爾2021年面向單雙路系統交出的最新答卷，為各行各業的HPC實際應用帶來出色性能。與上一代產品相比，依靠創新內核架構和更高內存帶寬（從上一代六通道升級到了八通道，同時配備更快的DDR4內存產品），第三代英特爾 至強可擴展處理器大大提升了計算密集型工作負載的性能，可為Relion帶來61%的性能提升。

同時，Relion結合自身程序的算法結構及性能瓶頸，針對GPU細粒度體系結構進行了程序優化，基於GPU的Relion相比於單CPU，整個應用的加速比超過36倍，計算密集型算法的加速比達到75倍以上，具有良好的可擴展性。

由超益集倫最新推出的高性能工作站——ServMAX TR40-X3，搭載雙路3rd Gen Intel Xeon Scalable系列處理器或瀾起津逮系列處理器，最高可達80核，能夠快速高效地運行和處理各種複雜、嚴苛應用程序。同時，其可配備4張高性能GPU，並且支持PCIe 4.0協議，提供超強算力。8塊大容量SATA/SAS/NVMe熱插拔硬盤，更可輕鬆滿足客戶對數據存儲的需求。

為進一步驗證第三代英特爾至強可擴展處理器及高性能GPU對Relion的加速效果，我們基於一套10萬個Plasmodium falciparum 80S ribosome蛋白顆粒的Benchmark數據對搭載雙路3rd Gen Intel Xeon Silver 4314 CPU及4張NVIDIA高性能GPU的ServMAX TR40-X3進行Class2D 及Class3D性能測試。

在測試中，當進程數為5時，2D任務總用時為207min，CPU任務耗時僅占3.15%，3D任務總用時為50min，CPU任務耗時僅占30.98%；當進程數為9時，2D任務總用時為154min，CPU任務耗時僅占4.02%，3D任務總用時為46min，CPU任務耗時僅占32.37%，性能表現十分優異。