ALCF的AI和模拟支持的Theta超级计算机的扩展，ThetaGPU。资料来源:阿贡实验室
美国能源(DOE)阿贡实验室(Argonne National Laboratory)正在开展一项旨在揭示新型冠状病毒(sars - cov -2)内工作机制的活动，旨在将人工智能(AI)和尖端模拟工作流程结合起来，以更好地理解生物观察并加速药物发现。
Argonne与学术和商业研究伙伴合作，在模拟和人工智能方法之间实现近乎实时的反馈，以了解SARS-CoV-2病毒基因组中的两种蛋白质，nsp10和nsp16，如何相互作用，以帮助病毒复制和逃避宿主的免疫系统。
该团队通过耦合两种不同的硬件平台实现了这一里程碑:Cerebras CS-1，一种处理器封装的硅片深度学加速器;ThetaGPU是Theta超级计算机的一个支持人工智能和模拟的扩展，位于Argonne领导计算设施，能源科学用户设施办公室。
为了实现这一功能，该团队了Stream-AI-MD，这是一种被称为深度学的人工智能方法的新应用，以流方式驱动自适应分子动力学(MD)模拟。模拟数据从ThetaGPU流到Cerebras CS-1平台，以同时分析两种蛋白质如何相互作用。
Cerebras CS-1是一款处理器封装硅片深度学加速器。资料来源:阿贡实验室
研究小组成员、阿贡计算生物学家Arvind Ramanathan表示:“这需要以前所未有的规模进行，因为数据生成和人工智能组件必须并行运行。”Ramanathan解释说:“我们的想法是，如果一台机器擅长进行MD模拟，而另一台机器擅长人工智能，那么为什么不将两者结合起来，生产一个更的系统，提供更多的人工智能吞吐量。”
他们使用的人工智能技术之一被称为变分自动编码器，它学会从MD模拟中获取最重要的信息。在某种程度上，模拟数据集的小被减少，使研究人员更容易理解在模拟中发生的动力学。
通过在脑CS-1上运行他们的深度学组件，他们可以识别捆绑袋——在两种蛋白质形成过程中可能形成的微小空间——可以作为小分子药物设计的目标。
Ramanathan说，这些工作流程最终将使治疗SARS-CoV-2病毒和其他疾病的药物发现成为可能，当特定生物功能的物理过程得到表征时。虽然目前的研究并不专注于疫苗，但更复杂的模型可能会导致疫苗设计。
Ramanathan说:“这种在新兴硬件平台上支持流人工智能和MD技术的迭代工作流，将为推进我们对蛋白质功能的了解铺平道路。”“在SARS-CoV-2病毒的背景下，对nsp16-nsp10相互作用等分子过程的基本理解，对于我们想要设计能够阻止病毒传播的药物非常重要。”
这项研究发表在2021年7月5日至9日在瑞士日内瓦举行的高级科学计算会议平台(PASC’21)的论文集上。美国纽约ACM。
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