近期,全球首台生物处理器由瑞士创新企业FinalSpark公司推出,这款处理器采用了人脑类器官中的生物神经元作为驱动源,其能耗仅为传统数字处理器的百万分之一,引起了业界对“生物计算机”的广泛关注。这里的“生物计算机”特指利用人类神经元进行计算的新型生物处理器。不过,以往谈及“生物计算”,更多指的是通过超级计算机提供加速,以生物大分子作为数据和研究对象的研究领域,这一领域已有几十年的发展历史。
要介绍的焦点是,安腾Anton,这台在过去十几年中主导全球生物计算领域的专用超级计算机,以其在生物计算领域的卓越成就,书写着科技界的传奇故事。
安腾Anton由美国D.E. Shaw研究机构在2007年推出,专为生物计算领域的分子动力学模拟加速而设计。凭借其高度聚焦的计算目标,安腾在执行分子动力学模拟任务时的表现甚至超过了全球最强通用超算Frontier,其计算效率高出50倍以上。安腾的出色表现使其两次荣获高性能计算领域的最高荣誉——ACM戈登贝尔奖。
安腾的高效计算源于其独特的设计与优化。它采用了专门设计的ASIC芯片,通过算法创新和软硬件协同工作,实现了在分子动力学模拟中的高效能效比,这为生物计算领域提供了前所未有的计算能力。
安腾的开发者,David E. Shaw,是一位金融领域的佼佼者,曾担任奥巴马政府科技顾问,同时也是亚马逊创始人贝索斯的前上司。他以“量化投资之王”著称,个人资产约41亿美元,位列全球财富排行榜第300位。
David E. Shaw在接近知天命之年时,从金融领域转投生物计算,旨在利用计算技术推动生物科学的进步。他认识到,生物计算对于理解生命过程、加速重大疾病药物研发的社会影响远大于金融行业。面对分子动力学模拟计算效率低下的挑战,David E. Shaw和他的团队决定采用超级计算机来解决这一难题。
为实现这一目标,安腾采用了定制化的硬件设计,包括芯片、主板和布线,旨在最大程度减少数据传输和运算过程中的延迟。此外,团队开发了专门的软件Desmond,与硬件协同工作,共同支持安腾的计算任务。
安腾的成功不仅在于其计算性能,还体现在它对药物研发效率的显著提升。Relay Therapeutics公司在安腾的支持下,仅用18个月和不到1亿美元的成本,便确认了一款用于治疗胆管癌的高选择性FGFR2抑制剂药物RLY-4008的结构,并顺利进入美国食品药品监督管理局(FDA)的临床II期试验,极大地缩短了药物从发现到临床前研究所需的时间和成本。
安腾的计算能力使得Relay Therapeutics在药物研发领域的创新路径得以重塑,从基于蛋白质静态的药物设计转向基于蛋白质动态的药物设计,即从传统的结构基药物设计(Structure-based Drug Design, SBDD)转变为基于运动的药物设计(Motion-Based Drug Design, MBDD)。Relay创建了Dynamo平台,集成多种实验技术和计算方法,以支持MBDD流程,其中底层计算主要依赖于安腾超级计算机。
安腾的高效计算能力不仅改变了药物研发的路径,还推动了生物计算领域的发展。通过与David E. Shaw研究所的战略合作,Relay Therapeutics获得了利用计算模型技术进行药物发现的能力,特别是在识别先导化合物方面。这种合作模式展示了生物计算与高性能计算结合的潜力,为科研工作者提供了加速研究进程的工具。
综上所述,安腾Anton不仅是生物计算领域的一项重要创新,也是推动药物研发进入新时代的关键力量。它代表了计算技术向专业化发展的趋势,预示了生物科学与计算科学交叉融合的广阔前景。在未来,类似安腾这样的尖端科技将继续在加速疾病治疗进程、推动精准医疗实践方面发挥关键作用,激励科研工作者和企业不断追求创新和突破。