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分子动力学专用超算平台：让药物研发快人一步

2025.04.18 23分钟阅读

项目背景

北京某国家级重点实验室生物化学研究中心专注于分子动力学领域的前沿研究。该技术在药物研发、生物工程、食品科学、环境监测和医疗诊断等多个领域具有广泛应用价值，为解决众多现实问题提供了关键技术支撑。随着科研需求的不断提升，传统计算设备已难以满足大规模模拟计算的要求，亟需构建高性能计算集群来提供更强大的算力支持。本项目旨在打造专业的分子动力学 HPC 计算平台，助力科研成果转化，推动生物化学领域的创新发展。

项目需求

本项目计划建设一套高性能计算（HPC）集群系统，重点支持分子动力学模拟在创新药物研发中的应用。分子动力学模拟作为原子级分子系统运动与相互作用的研究方法，可深入解析蛋白质、核酸等生物大分子的结构功能特性，以及药物分子与靶点的结合机制。该平台建成后将成为药物研发领域的重要技术支撑，显著提升新药开发效率，推动医药科技创新。

痛点分析

经过深入调研，当前面临的主要挑战体现在三个方面：首先是算力资源瓶颈，分子动力学模拟对 CPU 和内存资源需求巨大，现有计算节点数量和配置不足，导致任务积压甚至无法完成；其次是存储系统制约，采用集中式存储架构难以应对数据量激增，在读写性能和容量扩展方面存在明显短板；最后是管理效率问题，缺乏专业的集群管理工具，资源分配和使用缺乏优化，亟需建立科学的调度机制以实现资源最大化利用。

解决方案

针对上述需求，本方案采用模块化设计，包含管理节点、登录节点、标准计算节点、大内存计算节点、分布式存储系统及高速网络等核心组件。通过 LtHCS 统一管理平台，采用虚拟化与裸金属相结合的部署方式，构建弹性可扩展的 HPC 资源池。该方案将有效解决算力不足、存储性能瓶颈和资源管理混乱等问题，打造专业高效的分子动力学计算平台。主要技术规格如下：

2U 双路 2GPU 服务器-G2232 G2V2

管理/登录节点：G2232 G2V2，4 台（2 台登录、2 台管理），管理登录统一接口；
瘦计算节点：G2232 G2V2，53 台，双路 32C Intel® CPU 计算资源池，主要用于双精度浮点计算；
胖计算节点：G242 V2，5 台，双路 24C Intel® CPU 计算资源池，主要用于双精度浮点计算；
分布式存储系统：RidgeScale F4X60，8 台，构建分布式文件存储系统，支持横向扩展；
网络部分：48 端口千兆交换机4台，40 端口 200GbE IB 交换机 2 台；
集群管理：LtHCS 异构资源管理平台，搭建统一 HPC 计算资源池；

-提供整个集群的 CPU、内存、GPU 使用率统计功能，提供实时仪表盘显示；

-支持任务的提交、排队、监控、删除等操作，提供了灵活的作业提交方式；

-支持独立分区的创建、删除、修改和查看操作点，支持资源配置、资源限额等功能；

-提供 HPC 集群常用各种开源和免费软件（Ansys、MS、Abaqus、Gaussian、Vasp 等）。

用户收益

实验室在部署验收完成和半年的试运行后，用户对本次方案的使用情况和具体服务高度赞赏，其具体用户收益如下：

统一管理方面：采用 LtHCS 集群系统，可以帮助用户创建不同的HPC应用类型，同时在资源的分配、监控、任务的调度方面都有对应的功能规划，十分符合用户目前的实际使用需求。
算力方面：增加瘦计算节点、胖计算节点、GPU 计算节点、分别规划了CPU、GPU 对应的算力资源池，使用科研人员可以按照需求去申请对应的算力去完成相应科研任务。
存储方面：采用分布式存储系统的架构，支持 RDMA 和 GDS 技术，无横向扩展限制，同时支持副本/纠删码，全面保证数据安全。
网络方面：计算网络采用 200GbE Infiniband 网络，支持 GPU Direct 等功能，极大增加了计算效率。